工程传热学第五章-对流换热计算.ppt

③水平环缝 该公式适用于 定性温度为 例：热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，保温层外径为400mm ,壁温tw为50℃，周围空气的温度t0为20℃。试计算蒸汽管道外壁面的对流散热损失。 解： 这是一个自然对流换热问题。特征温度为 按此温度从附录中查得空气的物性参数值为 v=16.58x10-6m2/s, λ=2.72x102W/m﹒k, Pr=0.7 查得,c=0.53, n=1/4 单位管长的对流散热损失为 作业 习题：5-9 * 由能量平衡有: 代入数据得hL=2.83 比较上述两步得到的结果，有10.12L-1/3 L=2.83 ，最后解得L=0.148 m。由于L0.825 m，前述假设是正确的。 得h=10.12L-1/3。 层流流动 紊流流动 0 xc qw 流体流过平板换热示意图 5-2 流体外掠物体的对流换热计算 1.流体平行流过平板时的换热计算 当雷诺数 时，流动边界层为层流流动，其换热计算的准则关系式如下： 局部换热系数计算式 平均换热系数计算式 当雷诺数 时，流动边界层流动变为紊流流动，如果将整个平板都视为紊流状态，其换热计算的准则关系式如下： 局部换热系数计算式 平均换热系数计算式 于是综合计算关系式应为， 特征尺寸为x，表示平板前沿的x=0到平板x处的距离，如果计算整个平板的换热，则特征尺寸x=L；特征流速为u∞；而定性温度为膜温度 分离流动速度分布 边界层速度分布 u∞ t∞ 流体绕流圆柱体 按照势流理论，流体在圆柱体的前部流速会逐步增大而压力会逐步减小；流体在圆柱体的后部流速会逐步减小而压力会逐步增大。 但是，因流体的黏性力的作用，在圆柱体的前部会形成流动边界层，速度会从势流流速逐步改变到壁面上的零速度，这种速度改变以消耗流体动量为代价的，这一过程特征会保持到势流流速达到最大值。 2.流体横向掠过圆柱体(单管)时的换热计算 在其后的增压减速过程，流场由压力转变来的动量会逐步地再转变为流场的压力，此时近壁流体不但会因动量的耗散而没有足够的动量转化为压力，而且和会在逆向压力的作用下产生逆向流动，从而导致流体在边界层发生分离。 分离流动速度分布 边界层速度分布 u∞ t∞ 流体绕流圆柱体 绕流圆柱的流动当Re10时流动不会发生分离现象；当10≤Re≤105时流动分离点在80o≤ φ ≤85o之间；而当Re105时流动分离点在φ=140o处。 雷诺数为 ，式中，u∞为来流速度，d为圆柱体外直径。 在圆柱体的前端φ=0o处换热系数h最大，而在分离点φ=82o处换热系数h最小；如果在边界层从层流变为紊流，那么转变点φ=140o处有一个换热系数h的最低点，紊流边界层的分离点是另一个换热系数h的最低点 计算流体绕流圆柱体的平均换热系数的准则关系式 : 准则的特征流速为流体最小截面处的最大流速umax；特征尺寸为圆柱体外直径d；定性温度除Prw按壁面温tw取值之外，皆用流体的主流温度tf ； 是在选用tf为定性温度时考虑热流方向不同对换热性能产生影响的一个修正系数。 如果流体流动方向与圆柱体轴线的夹角（亦称冲击角）在30°- 90°的范围内时，平均表面传热系数可按下式计算 气流方向 β 管子方向 管束（长圆柱体束）是由多根长管（长圆柱体）按照一定的的排列规则组合而成的。 3.流体横向流过管束的换热 管束的排列方式很多，最常见的有顺排和叉排两种 S2 (1)叉排管束 (2)顺排管束 d d S1 S1 S2 umax u∞ u∞ t∞ t∞ 一般叉排时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，扰动更剧烈，因而换热比顺排更强。 顺排则流动阻力小，易于清洗。 所以顺排和叉排的选择要全面权衡。 后排管的换热要好于第一排管，但从第三排管以后各排管之间的流动换热特征就没有多少差异了。实验结果表明，当管排排数超过10排之后，换热性能就基本稳定不变了。 平均表面传热系数 式中，s1和s2分别为垂直于流动方向和沿着流动方向上的管子之间的距离，而εz为管排数目的修正系数。此公式考虑了管子排列和管排数目对换热的影响。准则关系式的特征尺寸为管外直径，特征流速为管排流道中最窄处的流速，定性温度为流体平均温度。 如果流体流动的方向与管束不垂直，也就是流体对管子的冲击角900的情况，在进行换热计算时要在式(5-16)计算出的表面传热系数的基础上乘以修正系数cβ 自然对流：流场