單相流體強制對流換熱實驗關聯(lián)式

1、單相流體強制對流換熱實驗關聯(lián)式傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer一、管內強制對流換熱流動和換熱的特征1. 管內的流動狀態(tài)層流過渡區(qū)湍流采用雷諾數判斷傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 流動和換熱的入口段及充分發(fā)展段傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer流動入口段流動充分發(fā)展段換熱入口段換熱充分發(fā)展段流動入口段長度 l 的確定層流：湍流：傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3.

2、 局部表面?zhèn)鳠嵯禂?hx 的變化請同學解釋這么畫的依據傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer4. 常見的兩種換熱條件 管子表面的換熱條件有均勻熱流和均勻壁溫兩種典型的情況。(1) 均勻熱流（恒熱流）壁面和流體溫度隨管長的變化tx0twtf對流傳熱溫差為：傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer(2) 均勻壁溫（恒壁溫）對流傳熱溫差為：tx0twtf壁面和流體溫度隨管長的變化傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer二、管槽內湍流換熱實驗關聯(lián)式1.

3、 迪圖斯-貝爾特（Dittus-Boelter）關聯(lián)式：適用的參數范圍：式中取流體平均溫度作為定性溫度；取管子內徑d為特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。氣體： 水： 油： 傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 迪圖斯-貝爾特關聯(lián)式應用范圍的擴展（1）溫差超過推薦的幅度值對于液體：主要是粘性隨溫度而變化。對于氣體：除了粘性，還有密度和導熱系數等。 當溫差超過推薦的幅度值后，流體熱物性將發(fā)生變化，從而對換熱產生影響。修正方法：傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（2）非圓形截面通道

4、對于方形、橢圓形、環(huán)形等形狀的截面情況，可以用當量直徑作為特征尺度從而應用以上的準則方程。式中：Ac 對為槽道的流動截面積，P為潤濕周長。傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（3）對于短管（考慮入口效應） 對于較短的管子及常見的尖角入口，推薦以下的修正系數：考慮溫度和短管修正后的迪圖斯-貝爾特關聯(lián)式:傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（4）對于彎管的修正 由于管道彎曲改變了流體的流動方向，離心力的作用會在流體內產生如圖所示的二次環(huán)流，結果增加了擾動，使對流換熱得到強化。對于氣體： 對于

5、液體： 傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3. 其它的實驗關聯(lián)式（1）齊德-泰特（Sieder-Tate）關聯(lián)式：評價：誤差大；近似適用于液體被加熱的情況。（2）格尼林斯基（Gnielinski）關聯(lián)式：評價：準確，與實驗數據的均方根偏差為 。該式也適用于過渡區(qū)傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer三、管槽內層流換熱關聯(lián)式適用的參數范圍：1. 賽德爾塔特（Sieder-Tate）關聯(lián)式管子處于均勻壁溫傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfe

6、r2. 層流充分發(fā)展換熱的 Nu 數 對于圓管：傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer 四、本節(jié)小結 在本節(jié)我們首先分析了管內流動和換熱的特征；然后給出了湍流情況下的實驗關聯(lián)式，重點是其中的迪圖斯-貝爾特關聯(lián)式；對層流情況分別給出了處于入口段和充分發(fā)展段的關聯(lián)式。（1）實際問題的主要特征；（2）實驗關聯(lián)式的適用條件；（3）特征尺度、特征速度和定性溫度的確定。 1. 注意：傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（1）利用雷諾數判斷流動的狀態(tài);（2）選用合適的實驗關聯(lián)式;（3）計算出努塞爾數，進

7、一步得到表面?zhèn)鳠嵯禂?（4）根據牛頓冷卻公式計算出對流換熱量。 2. 管槽內對流換熱的一般步驟 傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer例題：在一冷凝器中，冷卻水以1m/s的流速流過內徑為10mm、長度為3m的銅管，冷卻水的進、出口溫度分別為15和65，試計算管內的表面?zhèn)鳠嵯禂怠母戒浿兴奈镄员碇锌刹榈?W/(mK)，m2/s，解：由于管子細長，l/d較大，可以忽略進口段的影響。冷卻水的平均溫度為傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat TransferW/(m2K)以上計算沒考慮流體物性場不均勻的影響。如果考

8、慮物性場不均勻的影響，必須求出壁面溫度，以確定修正項 ?？梢允紫雀鶕鋮s水的溫升確定換熱量，再用上面計算的表面?zhèn)鳠嵯禂礹 。管內強迫對流換熱如何強化？書上P138思考作業(yè)傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer 按照概述中的分類外部流動的強制對流換熱主要有橫掠平板、外掠單管和外掠管束等情況。6-2 外部流動強制對流換熱實驗關聯(lián)式（略）傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer一、橫掠單管換熱實驗關聯(lián)式1. 流動的特征 流體橫向繞流單管時的流動除了具有邊界層的特征外，還要發(fā)生繞流脫體，而產生回流、漩

9、渦和渦束。傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer邊界層的成長和脫體決定了外掠圓管換熱的特征。低雷諾數時，回升點反映了繞流脫體的起點。高雷諾數時，第一次回升是層流轉變成湍流的原因，第二次回升約在則是由于脫體的緣故。2. 換熱的特征傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3. 平均表面?zhèn)鳠嵯禂?h 計算的關聯(lián)式對于高溫氣流沖刷的管子，若壁溫過高，可能發(fā)生爆管現(xiàn)象，在管子的那一點易發(fā)生？式中C、n 之值見教材表5-5定性溫度取 特征長度取管外徑d特征流速取來流速度 傳熱學 Heat Transfer

10、 Heat Transfer Heat Transfer二、外掠管束換熱實驗關聯(lián)式1. 流動和換熱的特征順排叉排管束的排列方式有順排和叉排兩種形式。叉排中的流動擾動比順排時要劇烈，因此換熱也較強。此外，管束的間距s1和s2及管排數也影響換熱強度。傳熱學 Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 平均表面?zhèn)鳠嵯禂?h 計算的關聯(lián)式式中C、m 之值見教材表5-7,上式主要用于氣體，因此Pr數的影響歸到了系數 C 中。定性溫度取 特征長度取管外徑d特征流速取管束中最窄截面處的流速 對于排數少于10排的管束，需要利用管排修正系數修正。該問題也可以采用表5-9和5-1