HTⅡ_Chap_3.ppt

采用光滑管迪图斯-贝尔特公式计算 两者相对偏差： 3.2 紊流对流传热的比拟理论 特 点： 求解过程简单，物理意义明确； 具有足够精度，能满足工程计算要求。 边界层微分方程 精确解 求解困难 近似解法： 积分法；摄动法 von Kármán于1921年提出边界层积分方程及其解法得到了广泛应用。 积分方程建立方法： 基于有限区域上的质量、动量和能量守恒定律 直接积分边界层微分方程 3.3 单相对流传热的积分解法 3.3 单相对流传热的积分解法 1. 对流边界层动量积分方程（动量变化=作用力） x a b c d 不可压缩牛顿流体；常物性；二维流动；稳态过程 动量变化 = 作用力 = 伯努利方程 层流和紊流均适用； 需先给出速度分布u的表达式； 应用于外掠u∞为常数的平板层流问题： 3.3 单相对流传热的积分解法 * * 重庆大学动力工程学院 本科生专业基础课程 传 热 学 Ⅱ 李 友 荣 E-mail: liyourong@cqu.edu.cn; Tel第三章 单相对流传热的分析与计算 主要内容 基本理论回顾 管内层流对流传热的分析和计算 紊流对流传热的比拟理论 单相对流传热的积分解法 基本理论回顾 1. 对流传热影响因素 流动驱动力 强制对流，自然对流，混合对流 传热特性 单相介质对流传热，相变对流传热 流动状态 层流，湍流 几何因素 特征尺寸，表面结构，相对流向，…… 物性参数 边界层厚度d极小，即d/L1； 边界层内法向速度和温度的变化很大，即壁面速度和温度的法向梯度远大于切向梯度； 边界层结构比较复杂： 2. 边界层理论 基本理论回顾 3. 平壁边界层微分方程 二维、常物性、稳态、主流速度为常数： 能量方程一般形式 数量级比较法 基本理论回顾 4. 传热关联式的获取 物 理 模 型 h=f(u, d, l, h, r, cp) 相似分析法 量纲分析法 Nu=f(Re, Pr) Nu=cRenPrm 相似实验台 相似原理 实 验 测 试 确定c, n和m 线性回归 作 图 法 基本理论回顾 5. 管内对流传热特性 管内层流流动边界层的形成和发展 进口段长度 层流：l/d=0.05RePr 湍流：l/d=60 入 口 段 充分发展段 基本理论回顾 层 流 2300 104 过渡区 旺盛紊流 临界雷诺数 ：Rec=2300 充分发展层流： Nu数为常数，与Re数无关； NuqNuT Nu数与流道截面形状有关。 充分发展湍流： 流体被加热：n=0.4 流体被冷却：n=0.3 基本理论回顾 6. 横掠单管对流传热 0.805 0.0266 40000~400000 0.618 0.193 4000~40000 0.466 0.683 40~4000 0.385 0.911 4~40 0.330 0.989 0.4~4 n C Re 边界层 边界层 分离区 滞止点 尾流区 基本理论回顾 7. 横掠管束对流传热 顺 排 叉 排 传热关联式： 实验确定 n=0.4~0.8 管排修正系数 基本理论回顾 3.1 管内层流对流传热的分析和计算 1. 管内层流流动特征分析 流动充分发展段特征： 控制方程： 边界条件： 牛顿定律： 范宁摩擦系数： 达西阻力系数： 抛物线分布 2. 管内层流对流传热特征分析 截面混合平均温度tf(x) 充分发展段的表面传热系数为常数 定义： 充分发展段特征： 3.1 管内层流对流传热的分析和计算 3. 管内层流对流传热计算 （1）流体温度变化与传热温差 dx上热平衡关系： 给定热流 给定壁温 3.1 管内层流对流传热的分析和计算 壁面热流qw=const时 结 论： 流体平均温度tf(x)沿x线性变化； 充分发展段，管壁温度tw(x)也呈线性变化； 传热温差在入口段逐渐增大，在充分发展段为常数。 3.1 管内层流对流传热的分析和计算 壁温tw=const时 截面局部传热温差(tw-tf)x或流体平均温度tf(x)呈指数分布 3.1 管内层流对流传热的分析和计算 （2）充分发展区层流对流传热 能量方程 均匀热流条件： 边界条件 3.1 管内层流对流传热的分析和计算 讨 论： 均匀壁面温度条件下，Nu=3.658; NuqNuT 管内栓塞流（slug flow），Nu=8； 不同截面形状，Nu值不同； 入口段Nu数会逐渐减小。 8.23 4.79 4.36 4.12 4.0 3.61 3.11 恒热流 7.54 3.96 3.66 3.39 3.34