单相流体的对流换热.ppt

第六章 单相流体对流传热特征数关联式§6-1 管内强迫对流传热 一　基本概念 1 、 流动边界层的形成与发展 流体进入管口后，开始形成边界层，并随流向逐渐增厚。在稳态下，管中心流速将随边界层的增厚而增加，经过一段距离，管壁两侧的边界层将在管中心汇合，厚度等于管半径，同时管断面流速分布和流动状态达到定型，这一段距离通称流动进口段。之后，流态定型，流动达到充分发展，称为流动充分发展段。 其中层流区： ReRec =2200 ； 过渡区： Re=2200-104 ； 紊流区： Re10 4 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　特征速度及定性温度的确定 特征速度：计算Re数时用到的流速，一般多取截面平均流速。 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）。 二. 管内湍流换热实验关联式 实用上使用最广的是迪贝斯－贝尔特公式： 加热流体时 ， 冷却流体时 。 式中: 定性温度采用流体平均温度 ，特征长度为管内径。 （2）采用齐德－泰特公式： （3）采用米海耶夫公式： 上述准则方程的应用范围可进一步扩大。 （1）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。 注：对截面上出现尖角的流动区域，采用当量直径的方法会导致较大的误差。 以上所有方程仅适用于 的气体或液体。 对 数很小的液态金属，换热规律完全不同。 推荐光滑圆管内充分发展湍流换热的准则式： 例题 、在流体的物性和流道截面的周长相同的条件下 , 圆管和椭圆管内单相流体的受迫紊流换热 , 何者换热系数大 ? 为什么 ? 答： 椭圆管的换热系数大。因为 h ∝ d-0.2 ，椭圆管的 de 圆管的d 。对于周长相同的圆和椭圆，其中椭圆的面积小于圆的面积，而 de = 4f /U ，则 de(椭圆)d (圆) 。 三. 管内层流换热关联式 续表 §6-2 外掠物体时的强迫对流传热 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。 1 、 流动边界层的形成与发展 Re10 蠕动流 Re≤1.4×10 5层流　 脱体现象　 尾迹流 Re ≥ 1.4×105 　层流　 紊流　 脱体现象 　尾迹流 脱体现象： 流体的压强在管的前半部递降，而后又趋回升。与压强的变化相应，主流速度则先逐渐增加，面后又逐渐降低。特别要注意的是在压强增大的区域内，流体需靠本身的动能来克服压强的增长才能向前流动，而靠近壁面的流体由于粘滞力的影响速度比较低，相应的动能也较小，其结果是从壁面的某一位置开始速度梯度达到 0 壁面流体停止向前流动，并随即向相反的方向流动。以致从 0 点开始壁面流体停止向前流动，并随即向相反的方向流动，该点称为绕流脱体的起点 ( 或称分离点 ) 。 2 、换热特征 边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。 对于气体横掠非圆形截面的柱体或管道的对流换热也可采用上式。 2. 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。 气体横掠20排以上管束的实验关联式为 §6-3 自然对流换热及实验关联式 1 自然对流产生的原因 　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 2 自然对流换热的分类 自然对流换热问题常常按流体所处空间的特点分成两大类： 如果流体处于相对很大的空间，边界层的发展不受限制和干扰，称为无限空间的自然对流换热； 若流体空间相对狭小，边界层无法自由展开，则称为有限空间的自然对流换热。 一、 无限空间自然对流换热 ㈠流动及换热特征 ( 以竖壁为例 ) 1 、 流动边界层的形成与发展 设板温高于流体的温度。板附近的流体被加热因而密度降低 ( 与远处未受影响的流体相比 ) ，向上运动并在板表面形成一个很薄的边界层。如果竖板足够高，到一定位置也会从层流发展成为湍流边界层。自然对流湍流时的换热当然也明显强于层流。 具有以下流态： 层流：GrPr 10 7 ； 过渡区：GrPr =10 7 -10 10 ； 旺盛紊流： GrPr 10 10 ； 　　（GrPr）c 一般取 109。 2 、换热特征 在层流边