6-2第六章 单相流体对流传热特征数关联式.ppt

第六章 单相对流传热的实验关联式 长江大学机械工程学院 School of Mechanical Engineering 长江大学机械工程学院 School of Mechanical Engineering 对流传热过程微分方程 分析解法：采用数学分析求解的方法，有指导意义。 比拟法：通过研究热量传递与动量传递的共性，建立起表面传热系数与阻力系数之间的相互关系，限制多，范围很小。 实验法：通过大量实验获得表面传热系数的计算公式，是目前的主要途径。 求h的方法： 相似原理： 同名特征数对应相等； 各特征数之间存在着函数关系，如常物性流体外掠平板对流换热特征数； 凡同类现象、单值性条件相似、同名已定特征数相等，那么现象必定相似。 相似分析法及量纲分析法 平均、层流: 局部、层流： 局部、湍流： 复合边界层： Rec=5×105 定性温度：tm=（t∞+tw）/2； 特征流速：来流速度； 特征尺寸：流体流动方向长度（局部/平均）。 Ф=hA△t △t=|tw-t∞| §6-1 相似原理与量纲分析 §6-2 相似原理的应用 §6-3 内部强制对流的实验关联式 §6-4 外部强制对流传热 §6-5 大空间与有限空间内自然对流传热 §6-6 射流冲击传热的实验关联式 内部强制对流的实验关联式： 判别条件； 换热特点（边界层发展特点）； 公式适用范围； 定性温度，特征流速/尺寸； 换热条件。 一、管内强制对流换热流动和换热的特征 §6-3 内部强制对流的实验关联式 1.管内的流动状态 流动状态判断（Re）： 层流 过渡流 湍流 判别条件 2.流动和换热的入口段及充分发展段 §6-3 内部强制对流的实验关联式 流动入口段 流动充分发展段 换热入口段 换热充分发展段 换热入口段长度l 的确定 层流 湍流 换热特点 §6-3 内部强制对流的实验关联式 3.局部表面传热系数hx 的变化 管内对流传热系数局部表面传热系数hx的沿程变化 （a）层流 （b）湍流 换热特点 §6-3 内部强制对流的实验关联式 4.常见的两种换热条件 管子表面的换热条件有均匀热流和均匀壁温两种典型的情况。 (1) 均匀热流 壁面和流体温度随管长的变化 换热条件 外掠：Ф=hA△t △t=|tw-t∞| §6-3 内部强制对流的实验关联式 (2) 均匀壁温 壁面和流体温度随管长的变化 当(tw- tf〞)/(tw-tfˊ)在0.5~2之间时，可按算术平均温差计算，结果的差别在4%以内。此时： §6-3 内部强制对流的实验关联式 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： 气体：Δt50℃；水：Δt30℃；油：Δt10℃ 式中取流体平均温度作为定性温度；管子内径d为特征尺度；截面的平均流速作特征速度。 §6-3 内部强制对流的实验关联式 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（变物性影响） 曲线1:等温流时速度分布 曲线2:液体被冷却或气体被加热时速度分布 曲线3: 液体被加热或气体被冷却时速度分布 1 3 2 §6-3 内部强制对流的实验关联式 对于液体：主要是粘性随温度变化。 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： 被加热 被冷却 气体： 被加热 被冷却　 液体： §6-3 内部强制对流的实验关联式 （2）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： （3）非圆形截面通道 式中：Ac 对为槽道的流动截面积，P为润湿周长。 例1：试计算下列两种情形的当量直径，其中打阴影线的部分表示流体流过的通道。 （1） （2） （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。 §6-3 内部强制对流的实验关联式 气体： 液体： R为弯曲管的曲率半径； §6-3 内部强制对流的实验关联式 修正后的表达式： 例2： 对圆管内的强制对流换热，实验关联式表示成 的形式。试分析流体被加热时，以下情况下对流传热系数h如何变化： （1）圆管内流速增加一倍，其他条件不变； （2）管径缩小一半、流速等其它条件不变； （3）管径缩小一半、体积流量等其他条件不变。 可以看出： （1）速度u与密度ρ对h影响最大，均为0.8次方； （2）物性的影响，其中ρ、λ、cp的影响均为正，即ρ、λ、cp越大，对流传热系数越大。这也说明了为什么水的对流传热