第六章单相流体对流换热.ppt

第六章 单相对流传热的实验关联式 第一节 相似原理基础 第二节 管内受迫对流换热 第三节 外掠圆管对流换热 第四节 自然对流换热 第一节 相 似 理 论 基 础 若设：b//a/=LA，则据上式有：b///a//=LA，b////a///=LA。 c//a/=LB，则据上式有：c///a//=LB，c////a///=LB。 上式中LA、LB为无量纲数，称为几何相似准则数。三角形相似不仅对应边成比例，且每个三角形内相应边的比值LA、LB相等。反过来，几何相似准则数LA、LB相等的所有三角形也必定相似。即LA、LB相等，是三角形相似的充要条件。 第一节 相 似 理 论 基 础 2.流态相似 速度场相似，并不一定流态相似，要使两流场流态相似，不仅对应点的速度值成比例，且要呈一定关系，因决定流态的是Re，只有两流场的Re数相等，流态才相似。如令Cl=1.5，Cu=0.5，则两管内流体?//?//=0.75时，有Re/=Re//，此时流态必相似。 第一节 相 似 理 论 基 础 一、相似的基本概念 2.物理相似 3.温度场相似 设过余温度为：?=t-tw 对于非稳态温度场，还必须将两温度场考虑温度的瞬间相对应： 第一节 相 似 理 论 基 础 一、相似的基本概念 2.物理相似 4.对流换热问题相似 由多种物理量组合成的对流换热现象，除要求各物理量分别相似外，且所有的相似倍数之间还应相互制约，即： 第一节 相 似 理 论 基 础 一、相似的基本概念 2.物理相似 5.物理现象相似的特征 对两个同类综合的物理现象，若相似，则影响该现象的各物理量均分别相似，且常有如下特点要求： ①必须是同类现象； ②各物理分量的相似倍数间有特定的制约关系； ③注意各物理量的时间性和空间性。 第一节 相 似 理 论 基 础 二、相似原理 相似原理共三项内容：两现象相似后有何特点；相似后各准则数间关系如何；如何判别现象相似。应用于实验中，则表现为：实验中应测量哪些量？实验结果如何整理？物理现象相似应遵循的条件是什么？ 1.相似的特点（性质） 彼此相似的现象，它们的同名准则数必定相等。 1.设两对流换热现象相似，则Nu相等 据过程微分方程式： 第一节 相 似 理 论 基 础 二、相似原理 1.相似的特点（性质） 1.设两对流换热现象相似，则Nu相等 将hx/=ch·hx// t/=ct·t// ?/=c?·?// y/=cl·y//代入hx/微分方程有： 第一节 相 似 理 论 基 础 二、相似原理 1.相似的特点（性质） 2.设两流态相似，则Re相等 据上述方法及N.S方程： 可推出：Re/=Re// 3.设两热现象相似，则贝克利准则数Pe相等 由能量微分方程可得到： 令：Pe=u·l/? 为贝克利准则数。则有：Pe/=Pe// 且有： Pe=Pr·Re 4.当相似流动由浮升力项引起时，则格拉晓夫数Gr相等 第一节 相 似 理 论 基 础 二、相似原理 1.相似的特点（性质） 4.当相似流动由浮升力项引起时，则格拉晓夫数Gr相等 令： Gr称为格拉晓夫准则数，反映浮升力与粘滞力的相对大小。 5.各对流准则数的物理意义 ①雷诺准则数Re=ul/?：惯性力与粘带力的相对大小。 ②格拉晓夫准则数Gr=g△t?l3/?2： ③普朗特准则数Pr=?/?：流体动量传递能力与热量传递能力的相对大小。 ④努谢尔特准则数Nu=hl/?：反映了换热强度的强弱。因它含有未知的h项，在对流换热问题中常作为待定准则数。 第一节 相 似 理 论 基 础 二、相似原理 2.相似准则数间的关系 因Nu由过程微分程导出，Re、Gr由动量微分方程导出，Pe=Pr·Re由能量微分导出，对一组相似（或单个）的对流换热问题，上述微分方程是相互关联的，故有： Nu=f（Re Pr Gr） Nu常为待定准则，Re、Pr、Gr为已定准则或定型准则。 ①无相变受迫稳态流动，若考虑到自由流动时有： Nu=f（Re Pr Gr） ②不考虑自由流动时有：Nu=f（Re Pr） ③对空气等介质，Pr可近似作常量处理，则有：Nu=f（Re） ④自由流动时有：Nu=f（Pr Gr） 第一节 相 似 理 论 基 础 二、相似原理 3.判别相似的条件 凡同类现象、单值性条件相似、同名的已定准则数相等，现象必定相似。单值性条件为几何、物理、时间、边界等条件。 4.结论 1.实验时应测量所有相似准则数中包含的全部物理量，其中物性参数需由测