63第六章单相流体对流传热特征数关联式.ppt
1.管内紊流(Re104)换热准则关系式,流体被加热时n=0.4；流体被冷却时n=0.3。,气体,被加热被冷却,被加热被冷却,液体,2.管内层流换热准则关系式(Re 2300),3.管内过渡流(2300 Ref 104)换热准则关系式,定性温度：（tf1+tf2）/2；特征尺寸：管内径（当量直径）；特征流速：平均流速；,第六章 单相对流传热的实验关联式,6-1 相似原理与量纲分析6-2 相似原理的应用6-3 内部强制对流的实验关联式6-4 外部强制对流传热6-5 大空间与有限空间内自然对流传热6-6 射流冲击传热的实验关联式,一、流体平行流过平板时的换热计算,6-4 外部强制对流传热,局部：,平均：,使用范围：,Rel5105时，流动边界层为层流流动,其传热计算的准则关系式：,6-4 外部强制对流传热,使用范围：,局部：,平均：,Rel5105 时，如果将整个平板都视为紊流状态，其传热计算的准则关系式如下：,复合边界层时:,整理为：,=5105,特征流速u，定性温度tm=（tw+t）/2。,6-4 外部强制对流传热,例1：温度为40压力为一个大气压的空气，平行掠过一块表面温度为100的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m，宽度为0.1m。按平板长度计算的Re为4104。试确定：(1)平板表面与空气间的表面换热系数和换热量。(2)如果空气流速增加一倍，压力增加10倍，平板表面与空气的表面传热系数和传热量。,（1）雷诺数41045105，流动边界层为层流流动,传热计算准则关系式为：,解：空气定性温度为tm=(40+100)/2=70，空气物性参数为:m=20.610-6 Pas，m=1.029kg/m3，Prm=0.694，m=2.9610-2W/(m2K)。,（2）若u2=2u1，p2=10p1，,2=101,湍流,一、横掠单管（或柱）时的强迫对流传热,物体外掠一切非流线型物体时，都会发生边界层分离。,6-4 外部强制对流传热,1.边界层分离,1 2 3,p1 p2 p3,u1 u3,6-4 外部强制对流传热,在增压减速过程中，流体由压力转变来的动量会逐步再转变为流场的压力，此时近壁面流体不但会因动量的耗散而没有足够的动量转化为压力，而且会在逆向压力的作用下产生逆向流动，导致流体边界层发生分离。,S,AC：流道截面积,流速,压力(顺压梯度)；CS：流道截面积,流速,压力(逆压梯度)；S点：。SS以下：边界层脱离固体壁面，而后倒流回来，形成涡流，出现边界层分离。,6-4 外部强制对流传热,汽车在路面上飞驰而过，汽车后面会扬起高高的尘土。,6-4 外部强制对流传热,Re10时,流动不发生分离现象；10Re1.5105时,边界层为层流，分离点在8085；Re1.5105 时，边界层在分离（脱体）前已变为紊流，由于紊流边界层中紊流动量交换的加强，从而使边界层分离点推后到140 处；,2.分离点位置及圆管表面局部表面传热系数的变化,6-4 外部强制对流传热,3.圆管表面平均表面传热系数关联式,特征流速:来流速度；特征长度:管子外径；特征温度:膜平均温度,6-4 外部强制对流传热,当=0时，用纵掠平板公式计算。,修正系数,斜掠圆管,表6-5,例2：其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大，为什么？,横向,纵向,横向冲刷时表面传热系数大。纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，而横向冲刷时热边界层薄且存在边界层分离产生的旋涡，增加了流体的扰动，因而换热强。,例3：为了测量管内流体温度，测温套管有A,B两种布置方式，如图所示。为了使测温误差减小，问应选取哪种布置方式，并说明理由。,三、流体横掠管束时的强迫对流换热,6-4 外部强制对流传热,除管径影响传热系数外，管距、管排数和排列方式也影响对流换热系数。,（a）顺排,6-4 外部强制对流传热,流体横掠顺排管束平均表面传热系数关联式（表6-7）流体横掠叉排管束平均表面传热系数关联式（表6-8）,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,自然对流换热：由于固体壁面与流体间存在温差，使流体内部温度场不均匀，导致密度场的不均匀，在重力场作用之下产生浮升力而促使流体发生流动，引起热量交换。,1)温度与速度分布,一、自然对流换热现象的特点,y,t,t,x t,以竖直平板在空气中自然冷却过程进行分析。,0,u,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,2)流动形态,层流区,紊流区,过渡区,hx,x,物理意义：浮升力与粘性力的比值,3）自然对流传热的控制方程与相似特征数,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,Gr是层流向紊流转变的依据,传热面上边界层的形成和发展不受周围物体干扰的自然对流传热称为大空间自然对流传热，否则称为有限空间对流传热。,二、大空间自然对流传热关联式,1.恒壁温,Gr中的t：体膨胀系数v=1/T。特征温度：膜温度（tw+t）/2；特征长度：竖壁与竖圆柱取高度，横圆柱取外径。,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,C、n见表6-10；水平面见式6-39、6-40,例：在对流温度差大小相同的条件下，在夏季和冬季，屋顶天花板内表面的对流放热系数是否相同？为什么？,例：水平放置的蒸汽管道，保温层外径d0=383mm，壁温tw=48，周围空气温度t=24.试计算保温层外壁单位管长的对流散热量。,解：特征温度：,查表6-10得C=0.48，n=1/4；,2.恒热流密度,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,B、m见表6-11,恒热流密度给定时，常要校核局部壁温。最有价值的数据往往是局部对流传热系数。,层流：,湍流：,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,湍流自然对流的自模化,表6-10中关联式的指数n，湍流时,此时,湍流自然对流时，对流传热系数与尺寸无关，这种情形称为自模化现象。,有些自然对流换热过程受到固体表面的限制而形成受限空间中的自然对流换热。,三、有限空间自然对流传热关联式,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,边界层特点,热流密度,表示成导热计算式:,表示成热对流计算式:,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,当/H0.3，体现为无限空间自然对流换热规律；当/h0.3，将体现出有限空间自然对流换热特征。,对于竖直空气夹层，推荐以下关联式:,使用范围：,6-5 大空间与有限空间内自然对流传热,定性温度：（tw1+tw2）/2；特征尺寸：,以如图所示有限空间自然对流为例。如果空腔内的空气没有对流，仅存在导热，则：,=,即：Numin=1,例6：对有限空间的自然对流换热，有人经过计算得出Nu数为0.5。请判断这一结果的正确性。,例7:温度分别为100和40、面积均为0.50.5m2的两竖壁，形成厚=15mm的竖直空气夹层。试计算通过空气夹层的自然对流换热量?,解：空气的定性温度为tm=(100+40)/2=70，查出空气的物性参数为vm=20.0210-6 m2/s，=1.029kg/m3，=2.9610-2W/(m2)，v=1/（273+70）=2.91510-2K-1，Pr=0.694。,(1)判断流动形态,（GrPr）m=1.0031042105，流动属层流。,(2)努塞尔准则数：,(3)等效导热系数e,e=Numm=1.3350.0296=0.0395W/（m）,（4）自然对流换热量,电影难以忽视的真相,
