单相对流传热的实验关联式ppt课件.ppt

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1、第6章单相对流传热的实验关联式6.1相似原理与量纲分析6.1.1物理现象相似的定义问题：除外掠平板外，一般对流传热问题很难得到分析解。大多数对流传热规律由实验获得——实验法。实验法存在的难题：①对流传热影响因素多，函数关系复杂，实验工作量大。例如圆管内单相强制对流传热②某些实验难以进行。例如某些高温、高压、大型设备等情形，现场无法实验。几何图形相似：对应边一一成比例，对应角相等。即边长一一对应成比例，边长比例相同；而角度也一一对应成比例，角度比例相同。几何图形按比例缩放。现象相似：对应物理量一一成

2、比例（即现象按比例缩放）。（1）同类现象：相同内容（物理本质相同），相同形式（微分方程相同）。（2）物理量对应成比例：比例系数可以不同。（3）非稳态问题：相应时刻，物理量的空间分布相似。相似现象物理量的场，可以用统一的无量纲的场来表示。6.1.2相似原理的基本内容1.相似物理现象间的重要特性——同名相似特征数相等例如：固体壁面上的对流传热，其温度场将方程无量纲化：无量纲场相同：努塞尔数2.同一类现象中相似特征数的数量及其间的关系定理：方程中有个物理量，涉及个基本量纲，可用个特征数表示。基本量纲：长

3、度——质量——时间——电流——温度——物质的量——发光强度——3.两个同类物理现象相似的充要条件（1）同名的已定特征数相等；已定特征数，；未定特征数。（2）单值性条件相似。单值性条件即定解条件：①初始条件；②边界条件；③几何条件；④物理条件。6.1.3导出相似数的两种方法1.相似分析法（方程分析法）已知：微分方程，原理：物理量对应成比例。（比例系数——相似倍数）例子1：两个相似的对流传热现象现象1现象2物理量场分别相似：将、、、，代入现象1：将相似倍数关系，再次代入：例子2：由动量微分方程式可得：

4、例子3：由能量微分方程式可得：贝克来数：方程中存在体积力，压力梯度例子4：自然对流动量方程式将两者合并成浮升力：式中，——流体的体胀系数——流体的过余温度自然对流的动量方程：格拉晓夫数：6.2相似原理的应用6.2.1应用相似原理指导实验的安排及试验数据的整理1.相似原理的重要应用，就是指导实验安排例如：管内单相强制对流传热问题由相似原理优点：①大幅度减少试验次数；②实验具有通用性，可代表一组相似现象。具体步骤：①确定：恒定，测关系。2.特征数方程（实验关联式）的常用形式对单相强制对流传热，常用形式

5、：由实验确定、、。②确定和：恒定，测关系。例如：管内湍流对流传热问题6.2.2应用相似原理指导模化试验模化试验：用模型研究实际装置。要求：模型和装置现象相似。①单值性条件相似；②已定特征数相等。一般采用近似模化：主要条件满足相似原理。例如,稳态对流传热问题，相似要求：流速场几何相似；边界条件相似；、相等；物性采用定性温度近似。6.2.3应用特征数方程应注意之点（1）特征长度：取影响流动的代表性尺度。例如，管内流动——内径；管外流动——外径。（2）特征流速：不同问题，选不同流速。例如，外掠平板——来

6、流速度；管内流动——截面平均流速。（3）定性温度：根据特性，选平均值。例如，内部流动——；外部流动——。（4）参数范围：、、几何尺寸等适用范围。6.2.4应用特征数对实验关联式准确性的正确认识实验关联式往往只考虑了影响传热的主要因素，次要因素的影响常被忽略，因而存在误差（可达20%-25%），实际应用中，通过修正，可达到较准确的结果。单相对流传热，常用三种形式：P242例题6-1一换热设备的工作条件是：壁温tw=120oC，加热tf=80oC的空气，空气流速u=0.5m/s。采用一个全盘缩小成原设

7、备1/5的模型来研究它的换热情况。在模型中亦对空气加热，空气温度t’f=10oC，壁面温度t’w=30oC。试问模型中流速u’应多大才能保证与原设备中的换热现象相似（模型中各量用上角标“’”标明）。解：模型与设备为同类现象，由相似原理：①对空气：温度变化不大②对设备：，对模型：，因此：，，空气，P242例题6-2用平均温度为50oC的空气来模拟平均温度为400oC的烟气的外掠管束的对流传热，模型中烟气流速在10~15m/s范围内变化。模型采用与实物一样的管径，问模型中空气的流速应在多大范围内变化？

8、解：由相似原理：烟气，，6.3内部强制对流传热的实验关联式6.3.1管槽内强制对流流动与换热的一些特点1.两种流态层流：；过渡流：；旺盛湍流：。临界雷诺数2.入口段与充分发展段①流体进入管内，边界层逐渐增加，汇合于管的中心线。层流湍流②入口段：边界层较薄，温度变化大，换热效果好——入口效应。充分发展段：边界层较厚，并且不再变化，换热保持恒定。③层流入口段长度：。湍流时：，可忽略入口段影响。3.两种典型的热边界条件——均匀热流和均匀壁温①均匀热流：，例如：电加热器。、都变化，温差恒定