第六章單相對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

1第1頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一上章回顧流動(dòng)邊界層熱邊界層邊界層動(dòng)量方程熱邊界層能量方程質(zhì)量守恒方程動(dòng)量守恒方程能量守恒方程特征數(shù)方程（關(guān)聯(lián)式）第2頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第六章單相對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式主講人：郭智群第3頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)容提要單相對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式內(nèi)部流動(dòng)外部流動(dòng)大空間自然對流有限空間自然對流相似原理第4頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一目錄6.1相似原理與量綱分析6.2相似原理的應(yīng)用6.3內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.4外部強(qiáng)制對流——流體橫掠單管、球體及管束的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.5大空間與有限空間內(nèi)自然對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式第5頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析產(chǎn)生背景：希望在有限次實(shí)驗(yàn)中獲得具有通用性的換熱規(guī)律。（5-2）第6頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析6.1.1物理現(xiàn)象相似的定義

對于兩個(gè)同類的物理現(xiàn)象，如果在相應(yīng)的時(shí)刻及相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對應(yīng)成比例，則稱兩現(xiàn)象彼此相似。第7頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

只有同類的現(xiàn)象才能談?wù)撓嗨茊栴}；所謂同類現(xiàn)象，是指那些由相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描寫的現(xiàn)象。

例如：速度場與溫度場微分方程（5-24）與（5-25）形式相同，但內(nèi)容不同，因此只能“比擬”，不存在“相似”。

與現(xiàn)象有關(guān)的物理量要一一對應(yīng)成比例；要求一個(gè)物理現(xiàn)象中每個(gè)物理量各自相似。對非穩(wěn)態(tài)問題，要求在相應(yīng)的時(shí)刻各物理量的空間分布相似；第8頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

凡是相似的物理現(xiàn)象，其物理量的場一定可以用一個(gè)統(tǒng)一的無量綱的場來表示。例如，兩個(gè)圓管內(nèi)層流充分發(fā)展的流動(dòng)是兩個(gè)相似的流動(dòng)現(xiàn)象，其截面上的速度可以用一個(gè)統(tǒng)一的無量綱場u/umax~r/ro來表示。第9頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析6.1.2相似原理的基本內(nèi)容1、相似的性質(zhì)彼此相似的物理現(xiàn)象，同名的相似特征數(shù)（準(zhǔn)則數(shù)）相等。根據(jù)定義，兩相似的物理現(xiàn)象，與其現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對應(yīng)成比例。各比例系數(shù)不是任意的，由描述現(xiàn)象的微分方程相互制約，制約關(guān)系可由相似特征數(shù)表示。第10頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

導(dǎo)出相似特征數(shù)的方法有兩種：相似分析法（方程分析法）和量綱分析法。（見6.1.3節(jié)）

例如，對于外掠平板的對流換熱現(xiàn)象，可以得到雷諾數(shù)Re、普朗特?cái)?shù)Pr、努賽爾數(shù)Nu。如果是兩個(gè)相似的外掠平板的對流換熱現(xiàn)象，則必然有：

對于自然對流換熱現(xiàn)象，可以得到雷諾數(shù)Re、格拉曉夫數(shù)Gr、努賽爾數(shù)Nu

。第11頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

根據(jù)相似的這種性質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)中就只需測量各準(zhǔn)則數(shù)所包括的量，從而避免了測量的盲目性，解決了實(shí)驗(yàn)中測量那些量的問題。第12頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析2、相似準(zhǔn)則數(shù)間的關(guān)系一個(gè)物理現(xiàn)象中各物理量是相互影響和制約的。在相似原理中有一條π定理表述了無量綱特征數(shù)之間的關(guān)系：一個(gè)表示n個(gè)物理量間關(guān)系的量綱一致的方程式，一定可以轉(zhuǎn)換成包括n-r個(gè)獨(dú)立的無量綱群間的關(guān)系式。

相似的物理現(xiàn)象，無量綱數(shù)群間的關(guān)系都相同。第13頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

描述物理現(xiàn)象的微分方程組的解，原則上可以用相似特征數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系表示。無相變強(qiáng)制對流換熱自然對流換熱混合對流換熱

按上述關(guān)聯(lián)式整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就能得到反映現(xiàn)象變化規(guī)律的實(shí)用關(guān)聯(lián)式，從而解決了實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何整理的問題。第14頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析3、判別相似的條件（1）同名的已定特征數(shù)相等；已定特征數(shù)是由所研究問題的已知量組成的特征數(shù)。（2）單值性條件相似。初始條件；邊界條件；幾何條件；物理?xiàng)l件。實(shí)質(zhì)上，單值性條件與分析解法中數(shù)學(xué)描寫的定解條件是一致的，只是在相似原理中，為了強(qiáng)調(diào)各個(gè)與現(xiàn)象有關(guān)的量之間的相似性，特別增加了幾何條件和物理?xiàng)l件兩項(xiàng)。

第15頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析綜上所述，相似原理全面回答了試驗(yàn)研究中會遇到的三個(gè)問題：試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)以相似特征數(shù)作為安排實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，并測量各特征數(shù)中包含的物理量；實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)整理成特征數(shù)間的關(guān)聯(lián)式；實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推廣應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)相似的情況。第16頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析6.1.3導(dǎo)出相似特征數(shù)的兩種方法1、相似分析法（方程分析法）描寫某種物理現(xiàn)象的微分方程組及定解條件給出了該現(xiàn)象中各物理量之間的相互影響、制約所應(yīng)滿足的基本關(guān)系。以過余溫度為求解變量的常物性、無內(nèi)熱源、第三類邊界條件的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題為例：t0h,t∞h,t∞0-δ

δ

第17頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析t0h,t∞h,t∞0-δ

δ

令θ0

=t0-t∞為溫度的標(biāo)尺，以平板半厚δ作為長度的標(biāo)尺，以δ2/a作為時(shí)間的標(biāo)尺，將上式無量綱化得：第18頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析第19頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

上式中hδ/λ中的λ為固體的導(dǎo)熱系數(shù)，因而這一無量綱量是Bi數(shù)。把無量綱過余溫度θ/θ0記為Θ，而aτ

/δ2為Fo數(shù)，因此有：第20頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

由此可見，無量綱過余溫度Θ的解一定是Fo

、Bi及x/δ的函數(shù)：

上式表明，與一維無限大平板的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱有關(guān)的4個(gè)物理量以一定的函數(shù)形式聯(lián)系在一起。對兩個(gè)一維無限大平板的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱而言，只要單值條件相似，F(xiàn)o、Bi及x/δ之值對應(yīng)相等，則兩個(gè)平板的無量綱過余溫度Θ值必相同，即非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱現(xiàn)象相似。特征數(shù)方程第21頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

相似分析法的另一種實(shí)施方式是：根據(jù)相似現(xiàn)象的基本定義引入兩個(gè)現(xiàn)象之間的一系列比例系數(shù)（相似倍數(shù)），然后應(yīng)用描述該過程的一些數(shù)學(xué)關(guān)系式，來導(dǎo)出制約這些相似倍數(shù)間的關(guān)系，從而得到相應(yīng)的相似準(zhǔn)則數(shù)：第22頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析將現(xiàn)象2用相似倍數(shù)和現(xiàn)象1來表示有：上式和現(xiàn)象2表達(dá)式比較則有：上式表達(dá)了換熱現(xiàn)象相似倍數(shù)的制約關(guān)系。代入對應(yīng)物理量，并用換熱表面的特征長度表示幾何量，則有：第23頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析

采用相似分析，從動(dòng)量微分方程可以得到：若兩流體的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象相似，其雷諾數(shù)Re必定相等。

從能量微分方程可以得到：若兩熱量傳遞現(xiàn)象相似，其貝克萊（Peclet）數(shù)Pe=PrRe一定相等。對于自然對流流動(dòng)，若其格拉曉夫數(shù)Gr相等，則兩自然對流流動(dòng)相似。第24頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析2、量綱分析法以單相介質(zhì)管內(nèi)對流傳熱問題為例，應(yīng)用量綱分析法來導(dǎo)出有關(guān)的無量綱量。（1）找出組成與本問題有關(guān)的量綱時(shí)間量綱T；長度量綱L；質(zhì)量量綱M；溫度的量綱Θ；即n=7，r=4，故可以組成3個(gè)無量綱量。選定4個(gè)物理量作為基本物理量，包括上述4個(gè)基本量的量綱。第25頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析（2）將基本量逐一與其余各量組成無量綱量無量綱量采用冪指數(shù)形式表示，其中指數(shù)待定。（3）應(yīng)用量綱和諧原理來決定上述待定指數(shù)。第26頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理與量綱分析將上述結(jié)果代入π1并將量綱相同的項(xiàng)歸并到一起，得：量綱和諧原理可得a1=0,b1=1,c1=-1,d1=0。同理可得π2和π3第27頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一目錄6.1相似原理與量綱分析6.2相似原理的應(yīng)用6.3內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.4外部強(qiáng)制對流——流體橫掠單管、球體及管束的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.5大空間與有限空間內(nèi)自然對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式第28頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理的應(yīng)用6.2.1應(yīng)用相似原理指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)安排及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理按相似原理來安排和整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，個(gè)別實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果已經(jīng)上升到代表整個(gè)相似組的地位，因此實(shí)驗(yàn)次數(shù)可以大幅減少，所得結(jié)果有一定的通用性。

以單相介質(zhì)管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱問題為例，對于某一確定值的雷諾數(shù)Re而言，一種工況可以由許多種不同的流速及直徑的組合來達(dá)到，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果即代表了這樣一個(gè)相似組。第29頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理的應(yīng)用2、特征數(shù)方程的常用形式特征數(shù)方程（實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式）具體的函數(shù)形式以及定性溫度和特征長度的確定，帶有經(jīng)驗(yàn)的性質(zhì)：

式中，C，m，n等常數(shù)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。第30頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理的應(yīng)用冪函數(shù)在對數(shù)坐標(biāo)圖上是直線。第31頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理的應(yīng)用6.2.2應(yīng)用相似原理指導(dǎo)?；瘜?shí)驗(yàn)?zāi)；瘜?shí)驗(yàn)是指用不同于實(shí)物幾何尺度的模型來研究實(shí)際裝置中所進(jìn)行的物理過程的實(shí)驗(yàn)。工程上廣泛采用近似?；姆椒ǎ粗灰髮^程有決定性影響的條件滿足相似原理的要求。（見例題6-1、6-2）第32頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理的應(yīng)用6.2.3應(yīng)用相似原理注意事項(xiàng)

特征長度應(yīng)該按準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選??；

特征速度應(yīng)該按規(guī)定的方式計(jì)算；

定性溫度應(yīng)按準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選?。粶?zhǔn)則方程不能任意推廣到該方程的試驗(yàn)參數(shù)范圍以外。第33頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理的應(yīng)用1、Bi數(shù)（畢渥數(shù)）Bi數(shù)——固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與界面上換熱熱阻之比；（λ是固體導(dǎo)熱系數(shù)）2、Nu數(shù)（努賽爾數(shù)）Nu數(shù)——壁面上流體的無量綱溫度梯度（λ是流體導(dǎo)熱系數(shù)）；第34頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理的應(yīng)用3、Re數(shù)（雷諾數(shù)）Re數(shù)——慣性力與粘性力之比；4、Pr數(shù)（普朗特?cái)?shù)）Pr數(shù)——?jiǎng)恿繑U(kuò)散能力與熱量擴(kuò)散能力的一種量度；第35頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一相似原理的應(yīng)用5、Gr數(shù)（格拉曉夫數(shù)）Gr數(shù)——浮升力與粘性力之比的一種量度；

值得注意的是：應(yīng)用每個(gè)實(shí)驗(yàn)公式所造成的計(jì)算誤差（不確定度）常常可達(dá)±20%~25%。對于一般的工程計(jì)算，這樣的不確定度是可以接受的。第36頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一目錄6.1相似原理與量綱分析6.2相似原理的應(yīng)用6.3內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.4外部強(qiáng)制對流——流體橫掠單管、球體及管束的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.5大空間與有限空間內(nèi)自然對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式第37頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.3.1內(nèi)部強(qiáng)制對流流動(dòng)及換熱特點(diǎn)1、兩種流態(tài)流體在管道內(nèi)的流動(dòng)分為層流和湍流兩大類。分界點(diǎn)是以管道直徑為特征尺度的Re數(shù)。第38頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式2、入口段與充分發(fā)展段流體進(jìn)入管道時(shí)，流動(dòng)邊界層和熱邊界層都有一個(gè)從0開始增長直到匯合于管子中心線的過程。第39頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式流動(dòng)入口段流動(dòng)充分發(fā)展段入口段充分發(fā)展段

當(dāng)流動(dòng)邊界層和熱邊界層都匯合于管子中心線后稱流動(dòng)或換熱已經(jīng)充分發(fā)展（fullydeveloped）,此后的換熱強(qiáng)度將保持不變。從進(jìn)口到充分發(fā)展段之間的區(qū)域稱為入口段（entranceregion）。第40頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

實(shí)驗(yàn)研究表明，層流時(shí)入口段（entranceregion）長度由下式確定：

湍流時(shí)，只要l/d>60，則平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)就不受入口段影響。工程技術(shù)中常常利用入口段換熱效果好這一特點(diǎn)來強(qiáng)化設(shè)備的換熱。第41頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

入口段熱邊界層比較薄，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段高，且沿主流方向逐漸降低，如左圖。如果邊界層中出現(xiàn)湍流，則因湍流的擾動(dòng)與混合作用使得局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有所提高，再趨于定值，如右圖。第42頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式3、典型熱邊界條件當(dāng)流體在管內(nèi)被加熱或冷卻時(shí)，壁面的熱狀況稱為熱邊界條件（thermalboundarycondition）。均勻熱流（uniformheatflux）均勻壁溫（uniformwalltemperature）典型熱邊界條件

由于湍流時(shí)流體微團(tuán)混合劇烈，除液態(tài)金屬外，兩種熱邊界條件對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響可以不計(jì)。均勻纏繞的電熱絲加熱壁面蒸汽凝結(jié)來加熱或液體沸騰來冷卻第43頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

（1）均勻熱流邊界條件：

q=常數(shù)，根據(jù)熱平衡，流體截面平均溫度tm沿著流動(dòng)方向線性變化。根據(jù)：qx=hx△tx

熱進(jìn)口段：hx↓△tx↑

熱充分發(fā)展段：hx=常數(shù)，△tx=常數(shù)，壁面溫度tw和tm都沿著流動(dòng)方向線性變化。第44頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

（2）均勻壁溫邊界條件：根據(jù)分析，溫差△tx沿主流方向按指數(shù)規(guī)律變化，流體截面平均溫度tm也按同樣的指數(shù)函數(shù)規(guī)律變化。無論對于均勻壁溫還是均勻熱流，全管的平均換熱溫差可以按照對數(shù)平均溫差計(jì)算：第45頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.3.2管槽內(nèi)湍流強(qiáng)制對流傳熱關(guān)系式1、常規(guī)流體（Pr>0.6）迪圖斯-貝爾特（Dittus-Boelter）關(guān)聯(lián)式適用參數(shù)范圍：加熱流體冷卻流體第46頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

定性溫度：采用流體平均溫度tf（即管道進(jìn)、出口兩個(gè)截面平均溫度的算術(shù)平均值）；

特征長度：管內(nèi)徑d。

中等溫差：氣體≤50℃；水20~30℃；油類≤10℃（參考例題6-3）第47頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（1）變物性的修正等溫流動(dòng)；液體冷卻或氣體加熱；液體加熱或氣體冷卻

溫度影響粘度，所以截面上的速度分布于等溫流動(dòng)的分布有所不同。液體粘度隨溫度降低而升高；氣體粘度隨溫度升高而升高。第48頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

修正方法：（6-15）n值恒取0.4，右端乘上系數(shù)Ct，其計(jì)算式為：氣體液體被加熱時(shí)被冷卻時(shí)被加熱時(shí)被冷卻時(shí)第49頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（2）入口段的影響對于通常工業(yè)設(shè)備中常見的尖角入口，推薦以下的入口效應(yīng)修正系數(shù)：

也就是應(yīng)用（6-15）計(jì)算的Nu數(shù)，乘以cl后即為包括入口段在內(nèi)的總長為l的管道的平均Nu數(shù)。第50頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（3）非圓形截面的槽道對于非圓形截面槽道，如采用當(dāng)量直徑作為特征尺度，則對圓管得出的湍流傳熱公式就可以近似地予以應(yīng)用。當(dāng)量直徑的計(jì)算式為：

式中，AC為槽道的流動(dòng)截面積，m2；P為潤濕周長，即槽道壁與流體接觸面的長度，m。第51頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一目錄6.1相似原理與量綱分析6.2相似原理的應(yīng)用6.3內(nèi)部強(qiáng)制對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.4外部強(qiáng)制對流——流體橫掠單管、球體及管束的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.5大空間與有限空間內(nèi)自然對流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式第52頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

外部流動(dòng)換熱的特點(diǎn)：換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，不會受到鄰近通道壁面存在的限制。

外部流動(dòng)換熱存在著一個(gè)邊界層外的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)無論是速度梯度還是溫度梯度都可以忽略。（見例題6-4）第53頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.4.1流體橫掠單管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、特點(diǎn)所謂流體橫掠單管即為流體沿著垂直于管子軸線的方向流過管子表面。

流體橫掠單管流動(dòng)除了具有邊界層特征外，還要發(fā)生繞流脫體，而產(chǎn)生回流、漩渦和渦束。第54頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

流體流過圓柱所在位置時(shí)，流動(dòng)截面縮小，流速增加，壓力遞降。后半部分由于流動(dòng)截面的增加，壓力又回升。第55頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式考察壓力升高的條件（dp/dx>0）在邊界層內(nèi)流體依靠本身的動(dòng)量克服壓力增長而向前流動(dòng)，速度分布趨于平緩。近壁流體層動(dòng)量小，克服上升的壓力越來越困難，最終出現(xiàn)壁面處速度梯度為0的局面。隨后產(chǎn)生與原流動(dòng)方向相反的回流。第56頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

從分離點(diǎn)以后，邊界層內(nèi)緣脫離壁面，故稱流動(dòng)脫體。因此，分離點(diǎn)也稱繞流脫體的起點(diǎn)。脫體起點(diǎn)位置取決于Re數(shù)。第57頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式Re<10不出現(xiàn)脫體；

10<Re＜1.5×105時(shí)邊界層為層流，脫體發(fā)生在φ

=80°~85°處；

Re≥1.5×105時(shí)邊界層在脫體前已轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎擉w的發(fā)生推后到φ

=140°處。第58頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式2、沿圓管表面局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化

φ

=0°~80°范圍內(nèi)隨角度的增加而遞降。是由于層流邊界層不斷增厚的緣故。低Re數(shù)時(shí)，回升點(diǎn)反映了繞流脫體的起點(diǎn)，這是由于脫體區(qū)擾動(dòng)強(qiáng)化了換熱。

高Re數(shù)時(shí)，第一次回升是由于轉(zhuǎn)變成湍流的原因，第二次回升是由于脫體的緣故。恒定熱流壁面局部Nu數(shù)隨角度φ變化關(guān)系第59頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式3、圓管表面平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的關(guān)聯(lián)式式中：C、n值見表6-5；定性溫度為（tw+t∞）/2;

特征長度為管外徑；

Re數(shù)中的特征速度為通道來流速度u∞。第60頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6.4.3流體橫掠管束的實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、流動(dòng)和換熱特征管束的排列方式有順排和叉排兩種形式。

叉排中流動(dòng)擾動(dòng)比順排時(shí)要?jiǎng)×?，因此叉排換熱較強(qiáng)，但叉排管束阻力損失大于順排。第61頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一外部強(qiáng)制對流的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式2、影響管束平均傳熱性能的因素影響管束平均傳熱性能的因素有流動(dòng)Re數(shù)、流體的P