传热学 华科 第五章.ppt

能源与节能技术 增强换热的方法 §5-3 自然对流换热计算 沿壁面向上，边界层变厚，表面传热系数降低，到达位置A处流动开始向湍流过渡，表面传热系数增加，到达B处变成旺盛湍流。层流时换热的强弱完全取决于薄层的厚度，而湍流时换热规律有所变化，局部表面传热系数几乎是个常量。 例.若将一个人近似的视为直径为30cm、高为1.7m的圆柱，其表面温度为25 ℃。如果此人站在风速为5m/s、温度为5 ℃的环境中，热损失是多少？如果无风，环境温度仍为5 ℃，热损失是多少？给出空气的物性量为: ?： 1)有风时，定性温度 2）无风时 查得,c=0.125,n=1/3 单位管长的对流散热损失为 查出相关物性。 得到 为紊流。代入紊流公式， 得到 第5章作业 习题：4、9、11、15、25、28、33 §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 层流流动 紊流流动 0 xc qw x 流体流过平板换热示意图 边界层层流流动换热可以通过边界层微分方程组的求解获得相应的准则关系式 而紊流问题也可以通过求解边界层积分方程而得出相应的准则关系式。 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 实际上流体流过平板时都是逐步从层流过渡到紊流的，因而计算整个平板的换热时，必须将前面一段按照层流计算，而后面一段按照紊流计算。于是综合计算关系式应为， 以上准则关系式中的无量纲准则的特征尺寸为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 例题:温度20℃的空气，以10 m/s的速度流过平板，分别确定从平板前缘算起，进入过渡区（Re1=2?105）和进入紊流区（Re2=5?105）的距离。 [解] 查出20℃时空气的运动粘度为?=15.06?10-6 m2/s 假设进入过渡区的距离为L1， 由雷诺数Re1=uL1/ ? =2?105, 计算出L1=0.30m； 假设进入紊流区的距离为L2, 由雷诺数Re2= uL2/ ? =5?105, 计算出L2=0.75m。 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。当压力开始上升时，边界层内流体靠本身的动量克服压力增长而向前流动，速度分布趋于平缓。 2 流体横向掠过圆柱体(单管)时的换热计算 近壁的流体层由于动量不大，在克服上升的压力时显得越来越困难，终于会在壁面处出现速度梯度为0的局面。随后产生与原流动方向相反的回流。这一点称为分离点。从此点起边界层内缘脱离壁面，发生分离现象。 分离流动速度分布 边界层速度分布 u∞ t∞ 流体绕流圆柱体 绕流圆柱的分离现象的起点取决于雷诺数。 当Re10时流动不会发生分离现象；当10≤Re≤105时边界层为层流，流动分离点在80o≤ φ ≤85o之间；而当Re105时，边界层在脱体前已转变为湍流，流动分离点推后到φ=140o处。 雷诺数为 ，式中，u∞为来流速度，d为圆柱体外直径。 图为恒定热流壁面局部Nu随角度φ的变化。这些曲线在φ=0～80 o 左右的递降，是由于层流边界层不断增厚的原因。 低Re时，回升点反映了绕流脱体的起点，这是由于脱体区的扰动强化了换热。 高Re数时，第一次回升是由于转变为了湍流，φ=140o处的第二次回升是由于脱体的缘故。 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平均温度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300~900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 3 流体横向流过管束的换热 管束（长圆柱体管束）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