六单相对流传热的实验关联式.pptVIP

第六章单相对流传热的实验关联式 二、相似原理的内容 1.相似现象间重要特性——同名的已定特征数相等 2.同一类现象中相似特征数的数量及其间的关系 彼此相似的物理现象，特征数群之间的关系相同。 3.两个同类物理现象相似的必要条件 同名特征数相等 单值性条件相似 （1）初始条件 （２）边界条件 （３）几何条件 （４）物理条件 2.特征数方程（实验关联式）的常用形式 （２）特征速度应该按规定方式计算 特征速度——计算雷诺数时所采用的速度 一般取界面平均流速，如流体外略平板传热取来流速度，管内对流传热取界面平均流速等。 §6-3 内部流动强制对流换热实验关联式 一、管槽内强制对流流动和换热的特征 1.流动有层流和湍流之分 层流： 过渡区： 旺盛湍流： 2.入口段的热边界层薄，表面传热系数高。 层流入口段长度: 湍流时: 3.热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种 湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。 定性温度：计算物性的定性温度多为截面上流体的平均温度（或进出口截面平均温度）。 （3）非圆形截面槽道 用当量直径作为特征尺度应用到上述准则方程中去。 式中： 为槽道的流动截面积；P 为湿周长。 2.液态金属对 Pr（Pr=3×10-3～5×10-2）数很小的液态金属，换热规律完全不同。 三. 管内层流换热关联式 续表 §6-4 外部强制对流传热实验关联式 外部流动：换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。 边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。 式中：定性温度为 适用于 的情形。 4.气体横掠非圆形截面的柱体的对流换热实验关联式 二、横掠管束换热实验关联式 外掠管束在换热器中最为常见。 通常管子有叉排和顺排两种排列方式。叉排换热强、阻力损失大并难于清洗。 茹卡乌斯卡斯对流体外掠管束换热总结出一套在很宽的Pr 数变化范围内更便于使用的公式如下表所示。 式中：定性温度为进出口流体平均流速； Re特征长度为管子外径。 实验验证范围： §6-5 大空间与有限空间内自然对流传热的实验关联式 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。一般地，不均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。 例如：暖气管道的散热、不用风扇强制冷却的电器元件的散热 波尔豪森分析解与施密特－贝克曼实测结果 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。 旺盛湍流时，局部表面传热系数几乎是常量。 从对流换热微分方程组出发，可得到自然对流换热的准则方程式 参照上图的坐标系，对动量方程进行简化。 在 方向， ，并略去二阶导数。 代入动量方程并令 改写原方程 式中 。 进一步化简可得 称为格拉晓夫数,是层流向湍流转变的判据。 在物理上， 数是浮升力/粘滞力比值的一种量度。 数的增大表明浮升力作用的相对增大。 自然对流换热准则方程式为 自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。 大空间自然对流：流体的冷却和加热过程互不影响，边界层不受干扰。 如图两个热竖壁，可按大空间自然对流处理的条件： 底部封闭， 底部开口时，只要 2.均匀壁温边界条件的大空间自然对流 工程中广泛使用的是下面的关联式： 对于符合理想气体性质的气体， 。 3.均匀热流边界条件 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： 夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度 为特征长度的 数： 当 极低时换热依靠纯导热： 对于竖直夹层，当 对于水平夹层，当 ①对于竖空气夹层，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： 5. 自然对流与强制对流并存的混合对流 在对流换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 推荐一个简单的混合对流的实验关联式 竖板层流自然对流边界层理论分析与实测结果的对比 二、 自然对流传热的控制方程与相似特征数 将此关系带入上式得 引入体积膨胀系数 ： 由于在薄层外 ，从