第5章无相变对流传热.ppt

对于竖圆柱，如果满足下式(1)竖平壁或竖圆柱可以按垂直壁面处理。丘吉尔（S.W.Churchill）和朱（H.H.S.Chu）提出了对等壁温和常热流边界条件、对层流和湍流都适用的竖壁面自然对流换热计算公式：适用范围：第30页，共42页，星期日，2025年，2月5日南京师范大学NANJINGNORMALUNIVERSITY南京师范大学NANJINGNORMALUNIVERSITYHeatTransfer第5章无相变对流传热第1页，共42页，星期日，2025年，2月5日1.管内的流动状态采用雷诺数判断5.1管内强制对流换热一、流动和换热的特征第2页，共42页，星期日，2025年，2月5日流动入口段流动充分发展段换热入口段换热充分发展段流动入口段长度l的确定2.流动和换热的入口段及充分发展段第3页，共42页，星期日，2025年，2月5日3.局部表面传热系数hx的变化第4页，共42页，星期日，2025年，2月5日二、管槽内湍流换热实验关联式1.迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：适用的参数范围：式中取流体平均温度作为定性温度；取管子内径d为特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。气体：℃水：℃油：℃第5页，共42页，星期日，2025年，2月5日2.迪图斯-贝尔特关联式应用范围的扩展（1）温差超过推荐的幅度值对于液体：主要是粘性随温度而变化。对于气体：除了粘性，还有密度和导热系数等。当温差超过推荐的幅度值后，流体热物性将发生变化，从而对换热产生影响。修正方法：第6页，共42页，星期日，2025年，2月5日（2）非圆形截面通道对于方形、椭圆形、环形等形状的截面情况，可以用当量直径作为特征尺度从而应用以上的准则方程。式中：Ac对为槽道的流动截面积，P为润湿周长。第7页，共42页，星期日，2025年，2月5日（3）对于短管（考虑入口效应）对于较短的管子及常见的尖角入口，推荐以下的修正系数：考虑温度和短管修正后的迪图斯-贝尔特关联式:第8页，共42页，星期日，2025年，2月5日（4）对于弯管的修正由于管道弯曲改变了流体的流动方向，离心力的作用会在流体内产生如图所示的二次环流，结果增加了扰动，使对流换热得到强化。对于气体：对于液体：第9页，共42页，星期日，2025年，2月5日三、管槽内层流换热关联式适用的参数范围：1.齐德—泰勒（Sieder-Tate）关联式管子处于均匀壁温第10页，共42页，星期日，2025年，2月5日2.层流充分发展换热的Nu数对于圆管：第11页，共42页，星期日，2025年，2月5日例题：在一冷凝器中，冷却水以1m/s的流速流过内径为10mm、长度为3m的铜管，冷却水的进、出口温度分别为15℃和65℃，试计算管内的表面传热系数。从附录中水的物性表中可查得W/(m·K)，m2/s，解：由于管子细长，l/d较大，可以忽略进口段的影响。冷却水的平均温度为第12页，共42页，星期日，2025年，2月5日W/(m2·K)以上计算没考虑流体物性场不均匀的影响。如果考虑物性场不均匀的影响，必须求出壁面温度，以确定是否需要考虑修正项。可以首先根据冷却水的温升确定换量，再用上面计算的表面传热系数h和牛顿冷却公式求解壁温。第13页，共42页，星期日，2025年，2月5日按照概述中的分类外部流动的强制对流换热主要有横掠平板、外掠单管和外掠管束等情况。5.2外掠物体时的强迫对流传热第14页，共42页，星期日，2025年，2月5日一、纵掠平壁换热实验关联式（以层流为例）局部对流传热系数关联式平均对流传热系数关联式适用范围定性温度取特征长度取板长x和l特征流速取来流速度第15页，共42页，星期日，2025年，2月5日二、横掠单管（柱）对流换热实验关联式1.流动的特征流体横向绕流单管时的流动除了具有边界层的特征外，还要发生绕流脱体，而产生回流、漩涡和涡束。第16页，共42页，星期日，2025年，2月5日边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。低雷诺数时，回升点反映了绕流脱体的起点。高雷诺数时，第一次回升是层流转变成湍流的原因，第二次回升约在则是由于脱体的缘故。2.换热的特征第17页，共42页，星期日，2025年，2月5日3.平均表面传热系数h计算的关联式式中