1、 單相對流傳熱的單相對流傳熱的 實驗關(guān)聯(lián)式實驗關(guān)聯(lián)式 1 1、了解對流換熱問題實驗求解的理論基礎(chǔ)、了解對流換熱問題實驗求解的理論基礎(chǔ) ( (相似原理及量綱分析相似原理及量綱分析) ) 2 2、熟記對流換熱問題中常見的無量綱準(zhǔn)則數(shù)、熟記對流換熱問題中常見的無量綱準(zhǔn)則數(shù)* * ( (定義、物理意義定義、物理意義) ) 3 3、了解各類流動和換熱的特征、了解各類流動和換熱的特征 4 4、能根據(jù)情況合理選用實驗關(guān)聯(lián)式進(jìn)行常見對能根據(jù)情況合理選用實驗關(guān)聯(lián)式進(jìn)行常見對 流傳熱問題的計算流傳熱問題的計算*基本要求基本要求主要內(nèi)容主要內(nèi)容n對流傳熱實驗求解的理論基礎(chǔ)對流傳熱實驗求解的理論基礎(chǔ)相似原理相似原理n

2、內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式 1.流動與換熱的特征流動與換熱的特征 2.實驗關(guān)聯(lián)式：紊流、層流與過渡流實驗關(guān)聯(lián)式：紊流、層流與過渡流n外部強(qiáng)制對流傳熱外部強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式實驗關(guān)聯(lián)式 1.流動與換熱的特征流動與換熱的特征 2.實驗關(guān)聯(lián)式：縱掠平板、實驗關(guān)聯(lián)式：縱掠平板、 橫掠單管、橫掠管束橫掠單管、橫掠管束n自然對流傳熱自然對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式實驗關(guān)聯(lián)式 1.流動與換熱的特征流動與換熱的特征 2.實驗關(guān)聯(lián)式：大空間自然對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式：大空間自然對流換熱 有限空間自然對流換熱流有限空間自然對流換熱流n射流沖擊傳熱射流沖擊傳熱實驗關(guān)聯(lián)式實驗關(guān)聯(lián)式6.1 6.1 相似原

3、理與量綱分析相似原理與量綱分析 對流傳熱實驗求解的理論基礎(chǔ)對流傳熱實驗求解的理論基礎(chǔ)6.1.1 物理現(xiàn)象物理現(xiàn)象相似的定義相似的定義 兩個同類物理現(xiàn)象，如果在相應(yīng)時刻與相應(yīng)的兩個同類物理現(xiàn)象，如果在相應(yīng)時刻與相應(yīng)的地點上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對應(yīng)成比例，則稱地點上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對應(yīng)成比例，則稱兩現(xiàn)象彼此相似。兩現(xiàn)象彼此相似。 同類物理現(xiàn)象：用相同形式并具有相同內(nèi)容的同類物理現(xiàn)象：用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描寫的現(xiàn)象。可用幾個統(tǒng)一的無量綱微分方程式所描寫的現(xiàn)象。可用幾個統(tǒng)一的無量綱量表示量表示.6.1.2 相似原理的基本內(nèi)容相似原理的基本內(nèi)容2 2、同類現(xiàn)象中相似特征數(shù)的數(shù)量

4、及、同類現(xiàn)象中相似特征數(shù)的數(shù)量及相似準(zhǔn)則間的關(guān)相似準(zhǔn)則間的關(guān) 系表示系表示準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式Pr)(Re,Pr)(Re,Pr)(Re,fjfStfNu其中其中, 相似特征數(shù)的數(shù)量可用相似特征數(shù)的數(shù)量可用定理等方法確定定理等方法確定1 1、物理現(xiàn)象相似的重要特征物理現(xiàn)象相似的重要特征 對于彼此相似的物理現(xiàn)象，描寫該現(xiàn)象的同對于彼此相似的物理現(xiàn)象，描寫該現(xiàn)象的同 名準(zhǔn)則數(shù)對應(yīng)相等名準(zhǔn)則數(shù)對應(yīng)相等. 3 3、兩個同類現(xiàn)象相似的充要條件兩個同類現(xiàn)象相似的充要條件 (1)(1)同名已定準(zhǔn)則數(shù)相等；同名已定準(zhǔn)則數(shù)相等； (2)(2)單值性條件相似。單值性條件相似。 單值性條件包括：單值性條件包括： 初始

5、條件、邊界條件、幾何條件、物理條件初始條件、邊界條件、幾何條件、物理條件 6.1.3 導(dǎo)出相似特征數(shù)的方法導(dǎo)出相似特征數(shù)的方法 相似分析法與量綱分析法相似分析法與量綱分析法(2)(2)相似分析法相似分析法 根據(jù)相似現(xiàn)象的基本定義，對與現(xiàn)象有關(guān)根據(jù)相似現(xiàn)象的基本定義，對與現(xiàn)象有關(guān) 的量引入兩個現(xiàn)象之間的一系列比例系數(shù)的量引入兩個現(xiàn)象之間的一系列比例系數(shù) ( (相似倍數(shù)相似倍數(shù)) )，然后應(yīng)用描述該過程的數(shù)學(xué)，然后應(yīng)用描述該過程的數(shù)學(xué) 關(guān)系式，得出制約這些相似倍數(shù)間的關(guān)系，關(guān)系式，得出制約這些相似倍數(shù)間的關(guān)系， 從而得出有關(guān)無量綱量。從而得出有關(guān)無量綱量。1 1、相似分析法、相似分析法( (也稱方

6、程分析法也稱方程分析法) )(1)(1)以微分方程與單值性條件為基礎(chǔ)，通過將其無以微分方程與單值性條件為基礎(chǔ)，通過將其無 量綱化來得到有關(guān)的無量綱量量綱化來得到有關(guān)的無量綱量2、量綱分析法、量綱分析法 (1)基本依據(jù)基本依據(jù)定理定理 一個表示一個表示n個物理量間關(guān)系的量綱一致的方程式，個物理量間關(guān)系的量綱一致的方程式， 一定可以轉(zhuǎn)換成包含一定可以轉(zhuǎn)換成包含n-r個獨立的無量綱物理量群間的個獨立的無量綱物理量群間的 關(guān)系式。其中，關(guān)系式。其中，r 是指是指n個物理量中所涉及到的基本量個物理量中所涉及到的基本量 綱的數(shù)目。綱的數(shù)目。(2)應(yīng)用量綱分析法獲得無量綱準(zhǔn)則數(shù)的步驟應(yīng)用量綱分析法獲得無量綱

7、準(zhǔn)則數(shù)的步驟P235 例：單相介質(zhì)管內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱問題例：單相介質(zhì)管內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱問題 (3)量綱分析法的優(yōu)缺點量綱分析法的優(yōu)缺點 優(yōu)點：方法簡單，不需列出方程優(yōu)點：方法簡單，不需列出方程 缺點：不能漏列或錯列有關(guān)物理量，否則將不能缺點：不能漏列或錯列有關(guān)物理量，否則將不能 得出正確的結(jié)果。得出正確的結(jié)果。3、對流換熱問題的主要無量綱準(zhǔn)則數(shù)、對流換熱問題的主要無量綱準(zhǔn)則數(shù)(詳見詳見P241表表6-1) 努塞爾準(zhǔn)則：努塞爾準(zhǔn)則：(注意與注意與Bi數(shù)的區(qū)別數(shù)的區(qū)別)(0度分布壁面上流體的無量綱溫ltythlNuy雷諾準(zhǔn)則：雷諾準(zhǔn)則：普朗特準(zhǔn)則：普朗特準(zhǔn)則：格拉曉夫準(zhǔn)則：格拉曉夫準(zhǔn)則：粘性力慣性力u

8、lRe熱量擴(kuò)散能力動量擴(kuò)散能力acpPr粘性力浮升力23tglGrV6-2 6-2 相似原理的應(yīng)用相似原理的應(yīng)用1.按相似準(zhǔn)則數(shù)安排試驗按相似準(zhǔn)則數(shù)安排試驗6.2.1 指導(dǎo)試驗安排及試驗數(shù)據(jù)的整理指導(dǎo)試驗安排及試驗數(shù)據(jù)的整理如，單相介質(zhì)強(qiáng)迫對流換熱問題如，單相介質(zhì)強(qiáng)迫對流換熱問題)66Pr)(Re, fNu),(pcdufh意義：在相似原理指導(dǎo)下安排實驗，可大大減少意義：在相似原理指導(dǎo)下安排實驗，可大大減少 實驗次數(shù)，從而減少投入。實驗次數(shù)，從而減少投入。如，單相介質(zhì)強(qiáng)迫對流換熱問題如，單相介質(zhì)強(qiáng)迫對流換熱問題mnnCNuCNuPrReRe2. 特征數(shù)方程特征數(shù)方程(實驗關(guān)聯(lián)式實驗關(guān)聯(lián)式)的常

9、用形式的常用形式 一般將實驗數(shù)據(jù)整理成冪函數(shù)形式一般將實驗數(shù)據(jù)整理成冪函數(shù)形式式中的式中的C，n，m由實驗確定由實驗確定 (3) 自然對流換熱：自然對流換熱：Pr),(GrfNu (2) 層流及過渡流強(qiáng)制對流換熱：層流及過渡流強(qiáng)制對流換熱：)/Pr,(Re,dlfNu (1) 紊紊(湍湍)流強(qiáng)制對流換熱：流強(qiáng)制對流換熱：Pr)(Re,fNu 對于空氣：對于空氣：(Re)fNu 實驗公式的計算誤差實驗公式的計算誤差(或不確定度或不確定度)常可達(dá)常可達(dá)20%6.2.2 6.2.2 指導(dǎo)模化試驗指導(dǎo)模化試驗 近似模化近似模化：只要求對過程有決定影響的條件滿：只要求對過程有決定影響的條件滿足相似原理的

10、要求。足相似原理的要求。 模化試驗?zāi)；囼? :用不同于實物幾何尺度的模型來研究用不同于實物幾何尺度的模型來研究實際裝置中所進(jìn)行的物理過程的試驗。實際裝置中所進(jìn)行的物理過程的試驗。 條件：模型中的過程與實際過程相似。條件：模型中的過程與實際過程相似。6.2.3 6.2.3 應(yīng)用特征數(shù)方程應(yīng)用特征數(shù)方程( (即準(zhǔn)則方程即準(zhǔn)則方程) )時時 應(yīng)注意的幾個問題應(yīng)注意的幾個問題*以上三點均應(yīng)嚴(yán)格按所用準(zhǔn)則方程規(guī)定的方以上三點均應(yīng)嚴(yán)格按所用準(zhǔn)則方程規(guī)定的方 式確定或計算式確定或計算1 1、特征長度特征長度：包含在相似準(zhǔn)則數(shù)中的幾何尺度：包含在相似準(zhǔn)則數(shù)中的幾何尺度2 2、特征速度特征速度: :計算計算R

11、eRe數(shù)時用到的速度數(shù)時用到的速度3 3、定性溫度定性溫度：用以確定流體物性的溫度：用以確定流體物性的溫度4 4、方程的適用范圍方程的適用范圍( (即實驗驗證范圍即實驗驗證范圍) ) 主要是主要是ReRe數(shù)、數(shù)、PrPr數(shù)與幾何參數(shù)數(shù)與幾何參數(shù) 6.3 內(nèi)部流動強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式內(nèi)部流動強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式 內(nèi)部流動內(nèi)部流動： 換熱壁面上的流體邊界層的發(fā)展受到流道壁換熱壁面上的流體邊界層的發(fā)展受到流道壁 面的限制，不能自由發(fā)展面的限制，不能自由發(fā)展. 外部流動外部流動: 換熱壁面上的流體邊界層可以自由發(fā)展換熱壁面上的流體邊界層可以自由發(fā)展, 不不 會受到流道壁面的阻礙或限制會受到流道壁面

12、的阻礙或限制. 故流動可以分為故流動可以分為 主流區(qū)與邊界層區(qū)主流區(qū)與邊界層區(qū)-邊界層型流動邊界層型流動外部流動與內(nèi)部流動外部流動與內(nèi)部流動6.3.1 管槽內(nèi)強(qiáng)制對流管槽內(nèi)強(qiáng)制對流流動和換熱的特征流動和換熱的特征截面的平均流速：截面的平均流速：cACudAAu1 1、流態(tài)劃分：劃分標(biāo)準(zhǔn)是雷諾數(shù)、流態(tài)劃分：劃分標(biāo)準(zhǔn)是雷諾數(shù)Re(ul/ ) Re 2300，層流，層流 2300 Re 104，過渡流，過渡流 Re 104，紊流，紊流 速度分布：速度分布： 層流層流 拋物線型拋物線型 紊流紊流 為為Re的遞增函數(shù)的遞增函數(shù) 5.00uu(Re)0fuu 入口段入口段自管道入口至邊界層相匯合的一段距自

13、管道入口至邊界層相匯合的一段距離。離。(入口段入口段小，即熱阻小小，即熱阻小,故表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)故表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h較高較高)2、入口效應(yīng)與充分發(fā)展段、入口效應(yīng)與充分發(fā)展段 注意注意：在：在x=L入入處，處， =d/2=R湍流流動進(jìn)行入口效應(yīng)修正的湍流流動進(jìn)行入口效應(yīng)修正的條件條件： L/d60(或或50)層流流動的入口段長度層流流動的入口段長度: PrRe05. 0dl入 3、兩種典型的熱邊界條件、兩種典型的熱邊界條件 -均勻熱流均勻熱流(a)與均勻壁溫與均勻壁溫(b)4、流體平均溫度、流體平均溫度由式由式(6-12)確定確定 流體與壁面的溫差流體與壁面的溫差(對數(shù)對數(shù))平均溫差平均溫差,式式(6-

14、14)6.3.2 管槽內(nèi)湍流強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式管槽內(nèi)湍流強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式 整管平均值整管平均值式中的指數(shù)式中的指數(shù)n值取決于流體是被加熱還是被冷卻：值取決于流體是被加熱還是被冷卻： 流體被加熱時流體被加熱時 n = 0.4 流體被冷卻時流體被冷卻時 n = 0.3定性溫度、特征長度的取法及公式適用范圍見教材定性溫度、特征長度的取法及公式適用范圍見教材 1)迪圖斯迪圖斯貝爾特貝爾特(Dittus-Boelter)公式公式 （最基本，應(yīng)用最廣）（最基本，應(yīng)用最廣）nffNuPrRe023.08 .01.常規(guī)流體常規(guī)流體 (Pr0.6)公式適用場合公式適用場合: 中等以下溫差中等以下溫差定

15、性溫度定性溫度: 流體平均溫度流體平均溫度 (進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值)特征長度特征長度: 管子內(nèi)徑管子內(nèi)徑 d實驗驗證范圍實驗驗證范圍(即公式適用范圍即公式適用范圍):ft410Ref即湍流5102 . 17 . 0Pr f120dl /60相關(guān)修正相關(guān)修正:(1) 不均勻溫度場的影響及修正不均勻溫度場的影響及修正(3) 非圓形截面槽道修正非圓形截面槽道修正(2) 入口效應(yīng)修正入口效應(yīng)修正(4) 螺旋槽管修正螺旋槽管修正 影響情況影響情況（與流體種類有關(guān)）（與流體種類有關(guān)） 機(jī)理機(jī)理： t影響影響速度分布速度分布溫度分布與換熱溫度分布與換熱 如：如：換熱增強(qiáng)00yyyty

16、u 修正措施：修正措施： 從從Pr數(shù)的指數(shù)上加以區(qū)別數(shù)的指數(shù)上加以區(qū)別; 引入溫度修正系數(shù)引入溫度修正系數(shù)ct,見見P247式式(6-16)(1) 不均勻溫度場的影響及修正不均勻溫度場的影響及修正相關(guān)修正相關(guān)修正: 在原關(guān)聯(lián)式中乘以一個入口效應(yīng)修正系數(shù)在原關(guān)聯(lián)式中乘以一個入口效應(yīng)修正系數(shù)cl (cl的計算式與入口條件有關(guān)的計算式與入口條件有關(guān))(2)入口效應(yīng)修正入口效應(yīng)修正(3)非圓形截面槽道非圓形截面槽道)()(4潤濕周長流通截面積UAde用當(dāng)量直徑作為特征長度：用當(dāng)量直徑作為特征長度：drde 2drde 2ade )(2baabdedDrRde)( 22)格尼林斯基格尼林斯基(Gniel

17、inski)公式公式tfffcldffNu)(1 ) 1(Pr8/7 .121Pr)1000)(Re8/(3/23/2式中式中: 溫度修正系數(shù)溫度修正系數(shù) ct 按按P248式式(6-21b,c)計算計算; 阻力系數(shù)阻力系數(shù) f 按式按式(6-22)計算計算特點特點: 精度較高精度較高; 已考慮溫差及管長修正已考慮溫差及管長修正; 采用當(dāng)量直徑后亦適用于非圓形截面通道采用當(dāng)量直徑后亦適用于非圓形截面通道定性溫度與特征長度的取法同定性溫度與特征長度的取法同Dittus-Boelter公式公式實驗驗證范圍實驗驗證范圍(即公式適用范圍即公式適用范圍):2300Re f即過渡區(qū)與湍流區(qū)6106 . 0

18、Pr f105(6-21a) 3)螺旋管螺旋管(彎管彎管) 在原關(guān)聯(lián)式中乘以在原關(guān)聯(lián)式中乘以 一個螺旋管一個螺旋管(彎管彎管) 修修 正系數(shù)正系數(shù)cr (cr的計算式的計算式 與流體種類有關(guān)與流體種類有關(guān), 如如 式式(6-23) 注意注意: 上述兩公式均只適用于水力光滑的平直管上述兩公式均只適用于水力光滑的平直管2. 液態(tài)金屬液態(tài)金屬 (Pr=310-3510-20.6 )光滑圓管充分發(fā)展湍流光滑圓管充分發(fā)展湍流:均勻熱流邊界條件均勻熱流邊界條件 式式(6-24)均勻壁溫邊界條件均勻壁溫邊界條件 式式(6-25)6.3.3 管槽內(nèi)層流管槽內(nèi)層流強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式主要

19、特點（見主要特點（見P250）：）：1、同一截面形狀的通道，均勻熱流條件下的、同一截面形狀的通道，均勻熱流條件下的Nu數(shù)總數(shù)總 是高于均勻壁溫下的是高于均勻壁溫下的Nu數(shù)；數(shù)；2、對于表列等截面直通道情形，層流充分發(fā)展段的、對于表列等截面直通道情形，層流充分發(fā)展段的 Nu數(shù)與數(shù)與Re數(shù)無關(guān)；數(shù)無關(guān)；3、雖用當(dāng)量直徑作為特征長度，不同截面管道層流、雖用當(dāng)量直徑作為特征長度，不同截面管道層流 充分發(fā)展段的充分發(fā)展段的Nu數(shù)亦不相同。數(shù)亦不相同。有關(guān)公式：有關(guān)公式：1、實際工程換熱設(shè)備、實際工程換熱設(shè)備(層流換熱時常處于層流換熱時常處于入口段入口段范圍范圍): 見式見式(6-26)列齊德列齊德-泰特

20、泰特(Sieder-Tate)公式公式2、其他代表性結(jié)果：見表、其他代表性結(jié)果：見表6-2表表6-4P254 例例63：已知已知: 水的流速水的流速u=2m/s，管長，管長l=5m，管子內(nèi)徑，管子內(nèi)徑d=20mm, 流體溫度流體溫度tf=25.3, t”f =34.6，壁溫均勻。，壁溫均勻。求：求： 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h解：解： (1)判別換熱類型判別換熱類型。由題意，本題屬長直圓管內(nèi)的。由題意，本題屬長直圓管內(nèi)的 強(qiáng)迫對流換熱，故強(qiáng)迫對流換熱，故 特征長度：特征長度：管子內(nèi)徑管子內(nèi)徑d=20mm=0.02m, 且且l/d=25060)(21fffttt 定性溫度：定性溫度：水的平均溫度

21、：水的平均溫度： =30 并由此查得各有關(guān)并由此查得各有關(guān)物性參數(shù)物性參數(shù)值（略）值（略） 計算雷諾數(shù)以計算雷諾數(shù)以確定流態(tài)確定流態(tài)： 104(紊流紊流)41097. 4ReudnffNuPrRe023.08.05 .25842.5)1097.4(023.04 .08 .04KmWdNuhf2/7988(4)校核校核壁溫（或溫差壁溫（或溫差tw-tf）：）：)(4)(2ffpfwttcdutthA所以：所以： =39.7hAttfw(2)考慮各種修正考慮各種修正：因壁面溫度未知，故先可不考慮溫：因壁面溫度未知，故先可不考慮溫 差修正，其他修正系數(shù)則均為差修正，其他修正系數(shù)則均為1(3)選用實驗

22、關(guān)聯(lián)式并計算：選用實驗關(guān)聯(lián)式并計算：由下述熱平衡關(guān)系可求得傳熱量由下述熱平衡關(guān)系可求得傳熱量水從進(jìn)口至出口的吸熱量管壁與水間的對流換熱量水從進(jìn)口至出口的吸熱量管壁與水間的對流換熱量即：即：6.4 外部強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式外部強(qiáng)制對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式 外部流動：換熱壁面上的流動邊界層與熱邊界層外部流動：換熱壁面上的流動邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，不受鄰近通道壁面存在的限制。為邊界能自由發(fā)展，不受鄰近通道壁面存在的限制。為邊界層型流動（存在無速度梯度與溫度梯度的主流區(qū)）。層型流動（存在無速度梯度與溫度梯度的主流區(qū)）。一、流體橫掠單管一、流體橫掠單管二、流體外掠球體二、流體外掠球體二、流體橫掠管束二

23、、流體橫掠管束三、縱掠平板換熱三、縱掠平板換熱 （利用第（利用第5章章5.4所得理論解結(jié)果求解）所得理論解結(jié)果求解）6.4.1 流體橫掠單管的實驗結(jié)果流體橫掠單管的實驗結(jié)果1、流動特征、流動特征 流動具有邊界層特征，還發(fā)生繞流脫體，從而產(chǎn)流動具有邊界層特征，還發(fā)生繞流脫體，從而產(chǎn)生回流、旋渦和渦束。生回流、旋渦和渦束。Re10時，無脫體時，無脫體10Re1.5105時，為層流，脫體點在時，為層流，脫體點在 附近附近Re 1.5105時，為紊流，脫體點在時，為紊流，脫體點在 附近附近801402.換熱特征換熱特征：（取決于邊界層的成（取決于邊界層的成長和脫體情況）長和脫體情況）層流層流時：隨邊界

24、層增時：隨邊界層增大，大，h值漸減，發(fā)生值漸減，發(fā)生脫體后又突增脫體后又突增紊流紊流時：隨邊界層增時：隨邊界層增大，大，h值漸減；轉(zhuǎn)變值漸減；轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪骱笸辉觯箅S為紊流后突增，后隨邊界層增大又漸減；邊界層增大又漸減；發(fā)生脫體后又突增。發(fā)生脫體后又突增。3、實驗關(guān)聯(lián)式、實驗關(guān)聯(lián)式 定性溫度為平均膜溫定性溫度為平均膜溫 tm=(t +tw)/2 特征長度為管子外徑特征長度為管子外徑 d 適用范圍適用范圍(規(guī)定規(guī)定t、tw)其中：其中：Re 中的速度中的速度(特征速度特征速度)取取u通道來流速度通道來流速度 C，n值根據(jù)值根據(jù)Re值查表確定值查表確定P258表表65 氣體橫掠其他形狀截面柱體時的氣

25、體橫掠其他形狀截面柱體時的C，n值見表值見表66 式（式（6-29）則為適用于整個試驗范圍的關(guān)聯(lián)式。）則為適用于整個試驗范圍的關(guān)聯(lián)式。3/ 1PrRenCNu 推薦分段冪次關(guān)聯(lián)式：推薦分段冪次關(guān)聯(lián)式：6.4.2 流體外掠球體換熱實驗關(guān)聯(lián)式流體外掠球體換熱實驗關(guān)聯(lián)式4/14 . 03/22/1)(Pr)Re06. 0Re4 . 0(2wNu式式(6-30):定性溫度定性溫度: 來流溫度來流溫度 t特征長度特征長度: 球體直徑球體直徑 d實驗驗證范圍實驗驗證范圍(即公式適用范圍即公式適用范圍):0.71Pr3803.5Re7.6104 6.4.3 流體橫掠管束換熱實驗關(guān)聯(lián)式流體橫掠管束換熱實驗關(guān)聯(lián)

26、式 管束的應(yīng)用：鍋爐、暖風(fēng)器、冷凝器、管束的應(yīng)用：鍋爐、暖風(fēng)器、冷凝器、 風(fēng)機(jī)盤風(fēng)機(jī)盤管等專用換熱設(shè)備中管等專用換熱設(shè)備中 管束的應(yīng)用：鍋爐、暖風(fēng)器、冷凝器、管束的應(yīng)用：鍋爐、暖風(fēng)器、冷凝器、 風(fēng)機(jī)盤風(fēng)機(jī)盤管等專用換熱設(shè)備中管等專用換熱設(shè)備中1、管子的排列方式及對流動與換熱的影響、管子的排列方式及對流動與換熱的影響 順排：擾動小、順排：擾動小、h值小；阻力降也小，易清洗值小；阻力降也小，易清洗 叉排：擾動大、叉排：擾動大、h大；但阻力損耗也大，且清洗困難大；但阻力損耗也大，且清洗困難管子的排列方式管子的排列方式: 叉排與順排叉排與順排2. 影響管束平均傳熱性能的因素影響管束平均傳熱性能的因素流

27、動流動Re數(shù)、流體的數(shù)、流體的Pr數(shù)數(shù);管子排列方式、管子排列方式、 管間距管間距s1、s2的相對大小的相對大小;物性參數(shù)等物性參數(shù)等定性溫度定性溫度:管束進(jìn)出口流體平均溫度管束進(jìn)出口流體平均溫度 特征長度特征長度:管子外徑管子外徑 d適用范圍適用范圍:Prf = 0.6500 其中：其中：Re 中的速度取整個管束中最窄截面處的中的速度取整個管束中最窄截面處的 平均流速平均流速 n16時，管排修正系數(shù)由表時，管排修正系數(shù)由表6-9查取查取 Prw按管束的平均壁溫確定按管束的平均壁溫確定 3、實驗關(guān)聯(lián)式、實驗關(guān)聯(lián)式-茹卡烏斯卡斯茹卡烏斯卡斯(Zhukauskas)關(guān)聯(lián)式關(guān)聯(lián)式見見P261表表6-

28、7、表、表6-8肋片管的換熱關(guān)聯(lián)式參見參考文獻(xiàn)肋片管的換熱關(guān)聯(lián)式參見參考文獻(xiàn)28、296.5 自然對流傳熱及其實驗關(guān)聯(lián)式自然對流傳熱及其實驗關(guān)聯(lián)式6.5.1 自然對流傳熱的特征自然對流傳熱的特征1、速度分布、速度分布 速度分布具有峰值速度分布具有峰值2、溫度分布與換熱情況、溫度分布與換熱情況 層流時，層流時，h=f()隨減小隨減小, h 隨隨減少減少; 層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r，層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r，h增大增大; 流動進(jìn)入旺盛紊流時，流動進(jìn)入旺盛紊流時，hx為常量為常量6.5.2 自然對流傳熱的相似特征數(shù)自然對流傳熱的相似特征數(shù) 用方程分析法或量綱分析法可得出自然對流用方程分析法或量綱分析法可得出自然對流

29、傳熱的相似特征數(shù)為傳熱的相似特征數(shù)為: 努塞爾準(zhǔn)則：努塞爾準(zhǔn)則：hlNu 普朗特準(zhǔn)則：普朗特準(zhǔn)則：格拉曉夫準(zhǔn)則：格拉曉夫準(zhǔn)則：aPr23tglGrV瑞利數(shù)瑞利數(shù):atlgGrRav3Pr6.5.3 大空間自然對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式大空間自然對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式 1.大空間與有限空間自然對流大空間與有限空間自然對流 (外部與內(nèi)部自然對流外部與內(nèi)部自然對流) 大空間自然對流大空間自然對流 熱邊界層的發(fā)展不受到干擾的或阻礙的自然對流熱邊界層的發(fā)展不受到干擾的或阻礙的自然對流實驗關(guān)聯(lián)式的一般形式實驗關(guān)聯(lián)式的一般形式:11. 0)Pr/(PrPr)()376(Pr)(wfnmmnmmGrCNuGrCNu液體氣

30、體2.均勻壁溫條件下的大空間自然對流均勻壁溫條件下的大空間自然對流式中：式中：之差為壁面溫度與流體溫度對于理想氣體為容積膨脹系數(shù)為格拉曉夫準(zhǔn)則tttTTVVtlgGrwVpVV1,;)(123定性溫度定性溫度:邊界層算術(shù)平均溫度邊界層算術(shù)平均溫度;特征長度特征長度L或或dC、n值由實驗測定值由實驗測定2/ )(tttwm具體關(guān)聯(lián)式具體關(guān)聯(lián)式:豎平板與滿足式豎平板與滿足式(6-38)的豎圓柱的豎圓柱: 見表見表(6-10)水平板水平板:見式見式(6-39)與與(6-40)球球 體體:見式見式(6-42)3. 均勻熱流邊界條件均勻熱流邊界條件(qw一定且已知一定且已知)：2423,Pr)(qlgh

31、ltlgNuGrGrGrBNuVVm其中對于水平板定性溫度：邊界層算術(shù)平均溫度定性溫度：邊界層算術(shù)平均溫度tm特征長度：取短邊長。特征長度：取短邊長。B，m值見值見P271表表6-11（由實驗測定）（由實驗測定）(1)采用常壁溫公式采用常壁溫公式 但但t=tL/2-t(2)采用專門公式采用專門公式(3)幾點討論：幾點討論： a.常熱流問題需進(jìn)行試算常熱流問題需進(jìn)行試算 b.自模化自模化概念概念 自然對流換熱在紊流時的表面?zhèn)鳠嵯底匀粚α鲹Q熱在紊流時的表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)值與特征長度無關(guān)。數(shù)值與特征長度無關(guān)。討論范圍：空氣夾層討論范圍：空氣夾層 水平空氣夾層水平空氣夾層 豎空氣夾層豎空氣夾層6.5.4

32、有限空間自然對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式有限空間自然對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式1、關(guān)聯(lián)式的一般形式、關(guān)聯(lián)式的一般形式mnHGrCNu)(Pr)( 定性溫度：夾層平均溫度定性溫度：夾層平均溫度 t=(th +tc)/2 特征長度：夾層厚特征長度：夾層厚2、具體實驗關(guān)聯(lián)式（見式、具體實驗關(guān)聯(lián)式（見式(6-46)(6-47)）23)(chVttgGr導(dǎo)熱夾層內(nèi)的熱量傳遞依靠時底面熱水平夾層豎夾層,2430)(;2860GrGr（三）混合對流（略）（三）混合對流（略）一、相似原理一、相似原理1、物理現(xiàn)象相似的定義物理現(xiàn)象相似的定義2、相似原理的基本內(nèi)容相似原理的基本內(nèi)容 (1)(1)物理現(xiàn)象相似的概念物理現(xiàn)象相似的概念

33、 (2)(2)物理現(xiàn)象相似的特征物理現(xiàn)象相似的特征 (3)(3)判別兩個同類現(xiàn)象相似的條件判別兩個同類現(xiàn)象相似的條件 (4)(4)相似準(zhǔn)則間的關(guān)系表示相似準(zhǔn)則間的關(guān)系表示準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式3、與物理現(xiàn)象、與物理現(xiàn)象有關(guān)的無量綱量的確定方法（了解）有關(guān)的無量綱量的確定方法（了解）4、對流換熱問題的主要無量綱準(zhǔn)則數(shù)（熟記對流換熱問題的主要無量綱準(zhǔn)則數(shù)（熟記*）小小 結(jié)結(jié)4、相似原理的應(yīng)用、相似原理的應(yīng)用(1)(1)如何安排實驗如何安排實驗測量什么？測量什么？(2)(2)實驗數(shù)據(jù)的整理方法實驗數(shù)據(jù)的整理方法 按按：(3)(3)所得實驗關(guān)聯(lián)式推廣應(yīng)用的條件所得實驗關(guān)聯(lián)式推廣應(yīng)用的條件(4)(4)指導(dǎo)

34、模化試驗指導(dǎo)模化試驗等整理或mnmnGrCNuCNuCNuPr).(;RePrRe(一一)對流換熱問題的分類對流換熱問題的分類（詳見分類樹）（詳見分類樹） 重點：管槽內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱重點：管槽內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱、橫掠平板橫掠平板、外掠球體、外掠球體、 橫掠單管和管束橫掠單管和管束的對流換熱和的對流換熱和大空間自然對大空間自然對 流換熱流換熱。 它們是分析和計算有關(guān)傳熱問題和傳熱設(shè)它們是分析和計算有關(guān)傳熱問題和傳熱設(shè) 備計算的基礎(chǔ)（典型問題）。備計算的基礎(chǔ)（典型問題）。 注意注意：由于實驗的復(fù)雜性及測量儀表的誤差等原因，：由于實驗的復(fù)雜性及測量儀表的誤差等原因， 用所得的實驗關(guān)聯(lián)式的計算結(jié)果允許有一定

35、用所得的實驗關(guān)聯(lián)式的計算結(jié)果允許有一定 的的誤差誤差(一般為一般為2030%);上述每一類型的換上述每一類型的換 熱問題中還有流態(tài)之分熱問題中還有流態(tài)之分二、（單相流體）對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式二、（單相流體）對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式(二二)各種類型對流換熱的機(jī)理、影響因素的分析，強(qiáng)各種類型對流換熱的機(jī)理、影響因素的分析，強(qiáng) 化對流換熱的基本途徑化對流換熱的基本途徑(要求能自行進(jìn)行分析要求能自行進(jìn)行分析)PrRe05. 0/dl的取值問題中的式nNucnffPrRe023.08 .0 d.影響影響h的因素的因素: 流速流速u u 大則大則h 也大；也大； 管子內(nèi)徑管子內(nèi)徑d(或當(dāng)量直徑或當(dāng)量直徑)d大則大

36、則h小；小； 物性參數(shù)物性參數(shù)、cp大大, 則則h 也大也大;大大, 則則h小小; 各種修正系數(shù)各種修正系數(shù)不能判別時不能判別時,先不修正先不修正 (1)管管(槽槽)內(nèi)強(qiáng)制對流換熱內(nèi)強(qiáng)制對流換熱 a.重點：湍流強(qiáng)迫對流換熱重點：湍流強(qiáng)迫對流換熱 b.入口段與充分發(fā)展段的概念及判別：入口段與充分發(fā)展段的概念及判別： 湍流：一般以湍流：一般以l/d60作為判別標(biāo)準(zhǔn)；作為判別標(biāo)準(zhǔn)； 層流：層流：(2)外部流動強(qiáng)制對流換熱外部流動強(qiáng)制對流換熱單管和管束單管和管束 a.由于繞流和脫體由于繞流和脫體, 換熱增強(qiáng)換熱增強(qiáng); b.特征流速特征流速:取管束間最大流速取管束間最大流速; c.影響的因素影響的因素:

37、 管束排列方式管束排列方式:叉排大于順排叉排大于順排; 管排數(shù)管排數(shù): 管排數(shù)越多管排數(shù)越多, 換熱越強(qiáng)烈換熱越強(qiáng)烈; 管間距管間距: S1/d, S2/d; 沖擊角沖擊角 : =90時時, h最大最大; 流體物性和流速流體物性和流速.(3)自然對流換熱自然對流換熱 a.重點重點:大空間自然對流換熱大空間自然對流換熱 b.自然對流的自然對流的h小小, 熱阻大熱阻大, 往往是傳熱過程熱阻往往是傳熱過程熱阻 的主要部分的主要部分, 是強(qiáng)化傳熱的關(guān)鍵是強(qiáng)化傳熱的關(guān)鍵; c.常溫下常溫下, 自然對流常常與輻射換熱處于相同的自然對流常常與輻射換熱處于相同的 數(shù)量級數(shù)量級, 需同時考慮需同時考慮.1、基本

38、要求：、基本要求： (1)能能選用選用合適的公式正確進(jìn)行對流換熱問題的計算合適的公式正確進(jìn)行對流換熱問題的計算 (2)熟記常見的無量綱準(zhǔn)則數(shù)熟記常見的無量綱準(zhǔn)則數(shù) 努塞爾準(zhǔn)則：努塞爾準(zhǔn)則： (注意與注意與Bi數(shù)的區(qū)別數(shù)的區(qū)別)hlNu 普朗特準(zhǔn)則：普朗特準(zhǔn)則：aPr雷諾準(zhǔn)則：雷諾準(zhǔn)則：ulRe格拉曉夫準(zhǔn)則：格拉曉夫準(zhǔn)則：23tglGr(三三)對流換熱問題的定量計算對流換熱問題的定量計算(詳述詳述)(3)單相對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式匯總單相對流傳熱實驗關(guān)聯(lián)式匯總-見見P281表表6-122 、應(yīng)注意的問題、應(yīng)注意的問題(1) 正確判別問題的類型正確判別問題的類型求解的關(guān)鍵求解的關(guān)鍵(2) 選擇正確的實

39、驗關(guān)聯(lián)式選擇正確的實驗關(guān)聯(lián)式(3) 注意定性溫度注意定性溫度,特征長度及特征流速的選取特征長度及特征流速的選取 應(yīng)按所選用公式的規(guī)定選取應(yīng)按所選用公式的規(guī)定選取.定性溫度：定性溫度：管槽內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱：流體平均溫度管槽內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱：流體平均溫度tf外掠球體外掠球體: 來流溫度來流溫度t橫掠單管：橫掠單管： tm=(tw+t)/2橫掠管束：橫掠管束： 流體平均溫度流體平均溫度tf= (tf1+tf2)/2橫掠平板：橫掠平板： tm=(tw+t)/2大空間自然對流換熱：大空間自然對流換熱：tm=(tw+t)/2有限空間有限空間(空氣夾層空氣夾層)： tm= (th+tc)/2 特征長度特征長度：

40、管槽內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱：管子內(nèi)徑管槽內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱：管子內(nèi)徑d或當(dāng)量直徑或當(dāng)量直徑外掠球體外掠球體: 球體直徑球體直徑d橫掠單管和管束：橫掠單管和管束： 管子外徑管子外徑d橫掠平板：橫掠平板： 板長（沿流動方向）板長（沿流動方向）L大空間自然對流換熱：大空間自然對流換熱： 豎平板或豎圓柱：高度豎平板或豎圓柱：高度L 橫圓柱：管子外徑橫圓柱：管子外徑 d 水平板（常熱流邊界條件）：短邊長度水平板（常熱流邊界條件）：短邊長度有限空間有限空間(空氣夾層空氣夾層)：夾層厚：夾層厚 (4)各項修正系數(shù)的必要性及數(shù)值的確定各項修正系數(shù)的必要性及數(shù)值的確定 不能確定時暫作不能確定時暫作1處理處理(即暫不修正即暫

41、不修正)，但求出，但求出 結(jié)果后應(yīng)進(jìn)行驗算結(jié)果后應(yīng)進(jìn)行驗算常需采用常需采用試算法試算法(迭代迭代) 如：求流體出口溫度、壁面溫度、管長等問題如：求流體出口溫度、壁面溫度、管長等問題 (管內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱入口段和充分發(fā)展段的概念；管內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱入口段和充分發(fā)展段的概念； 邊界層和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的沿程變化情況；外部邊界層和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的沿程變化情況；外部 流動對流換熱時邊界層的形成和發(fā)展，及其對局部流動對流換熱時邊界層的形成和發(fā)展，及其對局部 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響) (5)實際中，對流換熱常常與輻射換熱同時起作用實際中，對流換熱常常與輻射換熱同時起作用 即復(fù)合換熱即復(fù)合換熱(

42、特別是有氣體參與的對流換熱場特別是有氣體參與的對流換熱場 合與自然對流換熱場合合與自然對流換熱場合).(6)判斷計算結(jié)果的合理性判斷計算結(jié)果的合理性注意注意h的大致范圍的大致范圍3. 求解步驟求解步驟(1)確定換熱類型及流體種類確定換熱類型及流體種類(2)根據(jù)換熱類型確定定性溫度根據(jù)換熱類型確定定性溫度,并查出有關(guān)物性參數(shù)并查出有關(guān)物性參數(shù)(3)確定特性尺寸確定特性尺寸, 特征流速特征流速(強(qiáng)迫對流換熱強(qiáng)迫對流換熱),計算相關(guān)計算相關(guān) 準(zhǔn)則數(shù)并判別流態(tài)準(zhǔn)則數(shù)并判別流態(tài)(4)按換熱類型與流態(tài)等選定所用準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式按換熱類型與流態(tài)等選定所用準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式,并同時并同時 考慮各種修正考慮各種修正(5)計算

43、計算Nu數(shù)與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)數(shù)與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h (判斷計算結(jié)果的正確性判斷計算結(jié)果的正確性)(6)計算對流換熱量計算對流換熱量(或電加熱器功率、凝結(jié)液量等）或電加熱器功率、凝結(jié)液量等）例例 1： 某反應(yīng)堆中的棒束元件被縱向水流所冷卻。某反應(yīng)堆中的棒束元件被縱向水流所冷卻。已知：水的平均溫度已知：水的平均溫度tf=200，平均流速，平均流速u=8m/s，元，元 件外徑件外徑d=9mm，相鄰元件中心距，相鄰元件中心距s=13mm。 被冷卻表面的被冷卻表面的 平均熱流密度平均熱流密度 q=1.7106W/m2。求：被冷卻表面的平均求：被冷卻表面的平均 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和平表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和平 均壁面溫度均壁面溫度 (忽略忽略 入口效應(yīng)和由溫差入口效應(yīng)和由溫差 引起的修正引起的修正)解解: (1)換