传热学课件第六章 单相流体对流换热.ppt

第六章 单相流体对流换热及准则关联式 第一节 管内受迫对流换热 第二节 外掠圆管对流换热 第三节 自然对流换热 作业 第一节 管内受迫对流换热 一、定性分析（基本概念） 1.进口段与充分发展段 1.对于流动状态：由 Re=umd/? 判断 一般：Re2300 管内流动为层流 Re104 管内流动为旺盛紊流 2300Re104 管内流动为过渡状态 流动进口段：从管口开始到流动状志定型之间的距离。此时： u=f（x,r） 流动充分发展段：进口段后，流态定型，流动已得到充分发展。此时： ?r=0； ?u/?x=0，但 ?u/?y≠0。 第一节 管内受迫对流换热 一、定性分析（基本概念） 1.进口段与充分发展段 2.对于换热状态 热进口段：与流动边界层相类似，自管口开始经一段距离后，热边界层闭合，换热状态达到定型的这段距离。 热充分发展段：热进口段后，换热状态定型，已经得到充分发展，故称为～。 热充分发展段后，因流体不断换热，流体断面平均温度tf随x是不断变化的，但分析证明，无因次温度（tw-t）/（tw-tf）将保持不变，即： 第一节 管内受迫对流换热 由于无因次温度不随x发生变化，仅是r的函数，故对无因次温度求导后再令r=R，则上式显然应等于一常数。又据傅里叶定律：q=-?（?t/?r）r=R及牛顿冷却公式：q=h（tw-tf），上式变为： 第一节 管内受迫对流换热 一、定性分析（基本概念） 2.对于换热状态 第一节 管内受迫对流换热 一、定性分析（基本概念） 2.对于换热状态 第一节 管内受迫对流换热 一、定性分析（基本概念） 1.进口段与充分发展段 3.长管与短管 一般当L/d≥60时，称为长管，否则按短管计算。 4.Pr数与流动、热进口段长度的关系 流动进口段与热进口段不一定相等。只有当Pr=1时两者才相等。 当Pr=?/?1时，相同的x处，??t，→达到同样的尺寸R时，流动边界层快些，即流动边界比热边界层更快地管中心线闭合，此时，流动进口段比热进口段短。 当Pr=?/?1时，情形正好与Pr1时相反，此时，流动进口段比热进口段长。 第一节 管内受迫对流换热 另外，不同断面具有不同的tf值，即tf随x变化，变化规律与边界条件有关。 第一节 管内受迫对流换热 一、定性分析（基本概念） 2.定性参数 2.管内流体平均温度 ①常热流通量边界条件： 如图，此时：twtf 经分析：充分发展段后： tf呈线性规律变化 tw也呈线性规律变化 此时，管内流体的平均温度为： 第一节 管内受迫对流换热 一、定性分析（基本概念） 2.定性参数 2.管内流体平均温度 ②常壁温边界条件： 设进出口温差分别为△t/、△t/。 经分析有： 表明tf随x呈对数规律变化。 第一节 管内受迫对流换热 加热气体或冷却液体一般有： ?↑→曲线1变成2→边界层加厚→h↓ 冷却气体或加热液体一般有： ?↓→曲线1变成3→边界层变薄→h↑ 另外：t变化会引起?、?、cp等变化 →h产生波动。 4.管子几何特征的影响：弯曲管、非圆形管、粗糙管等，因流体流动时产生二次环流等因素，一般使h变大。 第一节 管内受迫对流换热 二、管内受迫对流换热计算（实验关联式） 1.紊流换热：参见教材，注意定型尺寸、定性温度和适用范围。 式6-4a可写成：h=0.023u0.8?0.6cp0.4?0.8?-0.4d-0.2 即： h=f（u0.8、?0.6、cp0.4、?0.8、?-0.4、d-0.2） 到此，找到了h与各影响因素间具体的函数表达式!!! 2.层流换热：参见教材，注意定型尺寸、定性温度和适用范围。 3.过渡流换热：见教材