传热学-第六章-相似理论.ppt

横掠管束换热实验关联式 叉排（换热强，阻力大，易积灰，不利于清洗） 顺排（阻力小，积灰少，易于清洗） 外掠管束 内部强迫对流 随着主流方向管排数的增加，流动和传热进入周期性充分发展阶段，局部（某排）管束的平均表面传热系数不变；整个管束的平均对流传热系数在经历更多数目的管排数之后也趋于稳定。 关联式：先给出不考虑排数影响的关联式，再给出考虑管束排数修正系数。 具体关联式见书表茹卡乌斯卡斯公式：6-7，6-8，6-9（en） §6-5 自然对流传热及实验关联式 自然对流： 不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动。 特点：功率密度低，10~100[W/m2] ，安全，经济，无噪声。 图2. 波尔豪森分析解与施密特－贝克曼实测结果 速度与温度分布： 图1. 竖直地置于流体空间中的温度均匀平壁附近的自然对流 层流与湍流： 自然对流亦有层流和湍流之分： 层流时，换热热阻主要取决于薄层的厚度——厚度随高度增加而增加——hx随之降低。 过渡区的高度由临界瑞利数Rax控制。 进入湍流区后hx有所提高；但旺盛湍流时，局部表面传热系数几乎是常量。 自然对流传热的准则方程式 从对流传热微分方程组出发： 由于在薄层外u=v=0，代入上式推得： 引入体积膨胀系数a： 代入动量方程并引入过余温度： 改写原方程 进一步化简可得： 式中： 6-1节中将两相似过程直接比较，这里采用标尺，方法更普遍，即以标尺将所有现象化为带系数（特征数）的无量形式，若相似，系数必相同 从其他方程还可得出Re、Pr、Nu等准则，自然对流传热准则方程式为 采用相似分析方法 大空间自然对流传热的实验关联式 工程中广泛使用的是下面的关联式： 常数C和n的值见下表。 注：竖圆柱按上表与竖壁用同一个关联式只限于以下的情况： 习惯上，对于常热流边界条件下的自然对流，往往采用下面方便的专用形式： 按此式整理的平板散热的结果示于下表。 有限空间自然对流传热 这里仅讨论如图所示的竖直的和水平的两种封闭夹层的自然对流传热，而且推荐的关联式仅局限于气体夹层。 竖直和水平夹层一般关联式为： ① 对于竖直空气夹层，推荐以下实验关联式： ②对于水平空气夹层，推荐以下关联式： 作业： 第四版：6-16，6-36，6-60 三. 自然对流与强制对流并存的混合对流 在对流传热中有时需要既考虑强制对流亦考虑自然对流 考察浮升力与惯性力的比值 一般认为， 时，自然对流的影响不能忽略， 而 时，强制对流的影响相对于自然对流可以 忽略不计。 自然对流对总换热量的影响低于10％的作为纯强制对流； 强制对流对总换热量的影响低于10％的作为纯自然对流； 这两部分都不包括的中区域为混合对流。 上图为流动分区图。其中 数根据管内径 及 计算。定性温度为 混合对流的实验关联式这里不讨论。 推荐一个简单的估算方法： 式中： 为混合对流时的 数， 而 、 则为按给定条件分别用强制对流 及自然对流准则式计算的结果。 两种流动方向相同时取正号，相反时取负号。 n之值常取为3。 思考题： 1.对流传热是如何分类的? 影响对流传热的主要物理因素. 2.对流传热问题的数学描写中包括那些方程? 3.自然对流和强制对流在数学方程的描述上有何本质区别? 4.从流体的温度场分布可以求出对流传热系数(表面传热系 数), 其物理机理和数学方法是什么? 5.速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义. 6.管外流和管内流的速度边界层有何区别? 7.为什么说层流对流传热系数基本取决与速度边界层的厚度? 8.从边界层积分方程的应用结果来说明. 9.为什么温度边界层厚度取决与速度边界层的厚度? 10.对十分长的管路, 为什么在定性上可以判断管路内层流 对流传热系数是常数? 11.如何使用边界层理论简化对流传热微分方程组? 12.如何将边界层对流传热微分方程组转化为无量纲形式? 13.为什么说对强制对流传热问题, 总可以有: Nu=f(Re,Pr) 的数学方程形式? 14.什么是特性长度和定性温度? 选取特性长度的原则是什么? 15.对管内流和管外流, Re准则数中的特性长度的取法是不一 样的. 说明其物理原因. 16.当量水利直径的定义和计算方法. 17.湍流动量扩散率, 湍流热扩散率, 湍流普朗特数是如何定 义的? 它们是物性么? 18.什么是雷诺比拟? 它怎样推导出摩擦系数和对流传热系数