传热学第6章.ppt

大空间自然对流：流体的冷却和加热过程互不影 响，边界层不受干扰。 底部封闭，只要 底部开口时，只要 壁面换热就可 按大空间自然对流处理。（大空间的相对性） 6.5 自然对流换热及其实验关联式 工程中广泛使用的关联式： 一. 大空间自然对流换热的实验关联式 式中：定性温度采用 , 数中的 为 与 之差。 特征长度的选择：竖壁和竖圆柱取高度，横圆柱取外径 常数 C 和 n 的值见下表。 对于符合理想气体性质的气体， 。 注：竖圆柱与竖壁用同一个关联式只限于以下情况： 6.5 自然对流换热及其实验关联式 6.5 自然对流换热及其实验关联式 习惯上，对于常热流边界条件下的自然对流， 往往采用专用形式： 式中：定性温度取平均温度 ，特征长度对矩形取短边长 6.5 自然对流换热及其实验关联式 液态金属的温度边界层要比速度边界层厚得多，从而可以认为温度边界层内的速度分布是均匀的。试据此条件求解恒壁温条件下液态金属的边界层积分方程式，以获得外掠平板时全板长加热的准则关系式。假定温度呈三次方多项式分布。 解： 边界层能量积分方程： 对于液态金属： 则： 假定温度分布函数： 例题 根据边界条件： 解得： 将温度分布函数代入能量积分方程： 解得： 例题 而 改写成： 即 而 解得： 例题 对于空气横掠如附图所示的正方形截面柱体的情形，有人通过实验测得了下列数据： m/s， W/(m2.K), m/s， W/(m2.K), m，其中 为平均表面传热系数。对于形状相似但 m的柱体试确定当空气流速为15m/s及20m/s时的平均表面传热系数。设在所讨论的情况下空气的对流换热准则方程具有以下形式： 四种情形下定性温度之 值均相同。特征长度为 。 例题 1 例题 1 解： 即 因为 为常数，物性为常数（定性温度相同），因此： 根据实验结果可确定 值，即 解得 当 m， m/s时 当 m， m/s时， W/(m2.K) W/(m2.K) 例题 2 现代储蓄热能的一种装置的示意图如附图所示。一根内径为25mm的圆管被置于一正方形截面的石腊体中心，热水流过管内使石腊熔解，从而把热水的显热转化成石腊的潜热而储蓄起来。热水的入口温度为60℃，流量为0.15kg/s，石腊的物性参数为：熔点为27.4℃，熔化潜热L＝244kJ/kg，固体石腊的密度ρs＝770 kg/m3。假设圆管表面温度在加热过程中一直处于石腊的熔点，试计算把该单元中的石腊全部熔化热水需流过多长时间?b＝0.25m，l=3m。 解： 例题 2 假设水的出口温度为40℃，则水的平均温度为50℃，其物性参数分别为： kg/m3 J/(kg.K) W/(m.K) m2/s 则 m/s 则 W/(m2.K) （D-B公式） 根据热平衡方程，有 例题 2 解得 与假设温度相差不大 根据热平衡方程，有 解得 min ℃， 则 ℃ 例题 3 一个空气加热器系由宽为20mm的薄电阻带沿空气流动方向并行排列组成（如附图），其表面平整光滑。每条电阻带在垂直于流动方向上长度为200mm。且各自单独通电加热。假设在稳态运行过程中每条电阻带的温度都相等。从第一条电阻带的功率表中读出功率为80W,问第10条、第20条电阻带的功率表读数各为多少？（其它热损失不计，流动为层流） 由上两式可得： 因为 W 所以 W W 例题 3 解： 而 例题 4（单管） 测定流速的热线风速仪是利用流速不同对圆柱体的冷却能力不同，从而导致电热丝温度及电阻值不同的原理制成的。用电桥测定电热丝的阻值可推得其温度。今有直径为0.1mm的电热丝与气流方向垂直地放置。来流温度为20℃，电热丝温度为40℃，加热功率为17.8W/m。试确定此时的流速。略去其他的热损失。 解： 则 W/(m2.K) 例题 4 定性温度为30℃，空气物性参数分别为: kg/m3 W/(m.K) m2/s 假设 则 解得 解得 而 则 m/s 一电子器件的散热器系由一组相互平行的竖直放置的肋片所组成，如附图所示，l=20mm，H＝150mm，t＝1.5mm。平板上的自然对流边界层厚度 可按下式计算： 其中， 为从平板底面起算的当地高度， 以 为特征长度。散热片的温度可认为是几乎均匀的，并取为 ℃，环境温度 ℃。