第二章 热量传输05.ppt

* * * * 第五讲: 流体在管内流动时的对流换热 4. Fo、Pe、Nu、St、Pr的表达式及物理意义。 一、本课的基本要求： 1．平板层流附面层及紊流附面层对流换热系数及对流换热量的求法。 （定性尺寸、定性温度） 2.管内层流对流换热系数及换热量的计算。（经验公式） 3.相似理论-模型实验求管内紊流对流换热系数的步骤。 第二章 热 量 传 输 二、本课的重点、难点： 1. 本课的重点是用经验公式求管内层流对流换热系数及换热量。 2. 本课的难点是用相似理论-模型实验求管内紊流对流换热系数。 第二章 热 量 传 输 2.3.3 流体在管内流动时的对流换热 1. 管内流动时的热附面层 入口段：管内流动时，自管口起到附面层汇合前的一段距离。 热稳定段：温度将继续变化，温度分布规律不再变化。 第二章 热 量 传 输 第二章 热 量 传 输 第二章 热 量 传 输 2. 圆管内层流时的对流换热 通过建立及求解热量传输方程式，可得对流换热系数为???????*??d 这是微分方程的理论解，它和实验结果相差很大，其原因在于： 入口段的影响 自然对流的影响 热流方向和体粘流性的影响 第二章 热 量 传 输 基于上述原因，管内层流时的对流换热一般不用理论公式而用实验公式来计算 公式见书上144页2-3-11、2-3-12 注意：选用经验公式时要特别注意使用条件及定性温度。 第二章 热 量 传 输 第二章 热 量 传 输 3. 管内紊流对流换热 （1）相似理论—模型实验法 步骤： b.相似转换求相似准数：Eu、Re、Gr、Fr、Ho、Fo、Pe、Nu、St、Pr等 c.被决定性准数?准数方程 d.求? a.建立微分方程： F—K方程 N—S方程 连续性方程 边界给热微分方程 第二章 热 量 传 输 （2）几个比较重要的准数： 傅立叶准数：Fo=a?/l2=单位体积物体的导热速率/单位体积物体的蓄热速率 Fo表示温度场随时间变化的不稳定传热的准数。分子是导入热量， 分母是热焓变化，Fo越大温度场越趋于稳定，可理解为相对稳定度， 它是不稳定导热中的一个重要准数。 皮克列准数：Pe??l/a=流体带入的热量/流体的导热量 Pe表明温度场在空间分布的准数。Pe越大说明进入系统的热量大， 导出的热量少则温度分布越均匀，因为Pe = Re Pr，Pe大，表示Re 大，流体的紊流程度大，温度就趋于均匀。 第二章 热 量 传 输 努赛尔准数：Nu??l??=导热热阻/对流热阻 Nu表示对流换热的强烈程度。Nu说明导热热阻大而对流热阻小。 由于Nu中包括有对流换热系数，它是被决定准数，在对流换热中最 为重要。 St是派生准数：St= Nu/ Re Pr，它表示对流换热量与流体带入系统总热量之比，St越大对流换热也越强烈。 Pr是物性准数，是流体物性的无因次组合。Pr=?/a 表示流体动量传输能力与热量传输能力之比。 第二章 热 量 传 输 （3）建立准数方程 在对流换热中，被决定准数是Nu数，与对流换热有关的其他准数是Re、Gr、Pr。 故准数方程为： Nu=f(Re、Gr、Pr) 第二章 热 量 传 输 若 a.为紊流强制对流换热时，可以忽略表示自然对流浮升力影响的Gr，则准数方程简化为：Nu=f(Re、Pr) b.为自然对流时，可以忽略Re，有Nu=f(Gr、Pr) 第二章 热 量 传 输 在具体应用时，多表示为幂函数形式： 或 式中的C、n、m通过实验求得。 n Pr) Gr ( C Nu = m Pr n Re C Nu = (4) 管内紊流换热的经验公式 Nu=0.023Re0.8Prf0.4 该公式的适用范围见书147页。 若与上述适用范围不符，大约有三种修正： 1)管长修正 2)螺旋管修正 3)大温差修正 注意：若简化公式，则每简化一次，其应用范围就缩小一次。 第二章 热 量 传 输 * * *