第6章单相流体对流换热ppt课件.ppt

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1、第六章单相流体对流传热特征数关联式§6-1管内强迫对流传热一　基本概念1、流动边界层的形成与发展流体进入管口后，开始形成边界层，并随流向逐渐增厚。在稳态下，管中心流速将随边界层的增厚而增加，经过一段距离，管壁两侧的边界层将在管中心汇合，厚度等于管半径，同时管断面流速分布和流动状态达到定型，这一段距离通称流动进口段。之后，流态定型，流动达到充分发展，称为流动充分发展段。其中层流区：Re104入口段的热边界层薄，表面传热系数高。层流入

2、口段长度:湍流时:层流湍流2、换热特征3　特征速度及定性温度的确定特征速度：计算Re数时用到的流速，一般多取截面平均流速。定性温度：计算物性的定性温度多为截面上流体的平均温度（或进出口截面平均温度）。4　牛顿冷却公式中的平均温差对恒热流条件，可取作为。对于恒壁温条件，截面上的局部温差是个变值，应利用热平衡式：式中，为质量流量；分别为出口、进口截面上的平均温度；按对数平均温差计算：二.管内湍流换热实验关联式实用上使用最广的是迪贝斯－贝尔特公式：加热流体时，冷却流体时。式中:定性温度采用流体平均温度，

3、特征长度为管内径。使用范围：此式适用与流体与壁面具有中等以下温差场合。在有换热条件下，截面上的温度并不均匀，导致速度分布发生畸变。一般在关联式中引进乘数来考虑不均匀物性场对换热的影响。在换热条件下，由于管中心和靠近管壁的流体温度不同，因而管中心和管壁处的流体物性也会存在差异。特别是粘度的不同将导致有温差时的速度场与等温流动时有差别。温差修正当流体与管壁之间的温差较大时，因管截面上流体温度变化比较大，流体的物性受温度的影响会发生改变，尤其是流体黏性随温度的变化导致管截面上流体速度的分布也发生改变，进

4、而影响流体与管壁之间的热量传递和交换。液体被加热或气体被冷却液体被冷却或气体被加热恒定温度的情况管内流动温度对速度分布的影响示意图因此，在大温差情况下计算换热时准则式右边要乘以物性修正项Ct。对于液体乘以，液体加热n=0.11,液体冷却n=0.25(物性量的下标表示在什么温度下取值)；气体对于温差超过以上推荐幅度的情形，可采用下列任何一式计算。（1）温度修正公式对气体被加热时，当气体被冷却时，对液体液体受热时液体被冷却时（2）管长修正当管子的长径比l/d<50时，属于短管内流动换热，进口段的影响不

5、能忽视。此时亦应在按照长管计算出结果的基础上乘以相应的修正系数，入口段的传热系数较高。对于通常的工业设备中的尖角入口，有以下入口效应修正系数：对于气体对于液体弯曲管道流动情况示意图（3）弯曲修正弯曲的管道中流动的流体，在弯曲处由于离心力的作用会形成垂直于流动方向的二次流动，从而加强流体的扰动，带来换热的增强。螺线管强化了换热。对此有螺线管修正系数：（2）采用齐德－泰特公式：定性温度为流体平均温度（按壁温确定），管内径为特征长度。实验验证范围为：（3）采用米海耶夫公式：定性温度为流体平均温度，管内径

6、为特征长度。实验验证范围为：（4）采用格尼林斯基公式：对液体对气体l为管长;f为管内湍流流动的达尔西阻力系数：范围为：公式（4）用于气体或液体时，表达式可进一步简化如下：对气体范围为：对液体范围为：上述准则方程的应用范围可进一步扩大。（1）非圆形截面槽道用当量直径作为特征尺度应用到上述准则方程中去。式中：为槽道的流动截面积；P为湿周长。注：对截面上出现尖角的流动区域，采用当量直径的方法会导致较大的误差。以上所有方程仅适用于的气体或液体。对数很小的液态金属，换热规律完全不同。推荐光滑圆管内充分发展湍

7、流换热的准则式：均匀热流边界特征长度为内径，定性温度为流体平均温度。均匀热流边界实验验证范围：均匀壁温边界实验验证范围：例题、在流体的物性和流道截面的周长相同的条件下,圆管和椭圆管内单相流体的受迫紊流换热,何者换热系数大?为什么?答：椭圆管的换热系数大。因为h∝d-0.2，椭圆管的de<圆管的d。对于周长相同的圆和椭圆，其中椭圆的面积小于圆的面积，而de=4f/U，则de(椭圆)

8、为15℃和65℃，试计算管内的表面传热系数。(忽略Ct，直管)解：从附录7中水的物性表中可查得λf=0.635W/m.k,vf=0.659x10-6m2/s,Pr=4.31管内雷诺数为管内流动为紊流。由于管子细长，l/d较大，可以忽略进口段的影响。Cl=1,冷却水的平均温度为从附录7中水的物性表中可查得三.管内层流换热关联式续表实际工程换热设备中，层流时的换热常常处于入口段的范围。可采用下列赛德尔－塔特公式：定性温度为流体平均温度（按壁温确定），管内径为特征长度，管子处于均匀壁温。