《C7管內(nèi)換熱》PPT課件

1、華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)6-1 單相流體強(qiáng)迫對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式單相流體強(qiáng)迫對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱流動(dòng)和換熱的特征管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱流動(dòng)和換熱的特征 管槽內(nèi)湍流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式管槽內(nèi)湍流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 管槽內(nèi)層流換熱關(guān)聯(lián)式管槽內(nèi)層流換熱關(guān)聯(lián)式 本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)一、管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱流動(dòng)和換熱的特征一、管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱流動(dòng)和換熱的特征1. 管內(nèi)的流動(dòng)形狀管內(nèi)的流動(dòng)形狀 2300Re層流層流 1023004 Re過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū) 104Re湍流湍流 udRe 采用雷諾數(shù)判別采用雷諾數(shù)判別華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)流動(dòng)入口段流動(dòng)入口段流動(dòng)充分開(kāi)展段流動(dòng)

2、充分開(kāi)展段換熱入口段換熱入口段換熱充分開(kāi)展段換熱充分開(kāi)展段流動(dòng)入口段長(zhǎng)度流動(dòng)入口段長(zhǎng)度 l l 確實(shí)定確實(shí)定層流：層流：湍流：湍流： 05. 0/PrRedl 60/dl0 xt0 xu常量h華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)請(qǐng)同窗解釋這么畫(huà)的根請(qǐng)同窗解釋這么畫(huà)的根據(jù)據(jù)華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) 管子外表的換熱條件有均勻熱流和均勻壁溫兩管子外表的換熱條件有均勻熱流和均勻壁溫兩種典型的情況。種典型的情況。(1) (1) 均勻熱流恒熱流均勻熱流恒熱流壁面和流體溫度隨管長(zhǎng)壁面和流體溫度隨管長(zhǎng)的變化的變化xdftqffdtt tx0twtf對(duì)流傳熱溫差為：對(duì)流傳熱溫差為：fwttt 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)對(duì)流傳

3、熱溫差為：對(duì)流傳熱溫差為：lwtftfttx0twtfftlft壁面和流體溫度隨管壁面和流體溫度隨管長(zhǎng)的變化長(zhǎng)的變化lnt 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)1. 迪圖斯迪圖斯-貝爾特貝爾特Dittus-Boelter關(guān)聯(lián)式：關(guān)聯(lián)式：)( 3 . 0)( 4 . 0 ;023. 0fwfwf8 . 0ffttttnPrReNun適用的參數(shù)范圍：適用的參數(shù)范圍：60 ; 1607 . 0 ; 10f4fdlPrRe式中取流體平均溫度作為定性溫度；取管子內(nèi)徑式中取流體平均溫度作為定性溫度；取管子內(nèi)徑d d為為特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。氣體：氣體： 50t水：

4、水： 30t油：油： 10t華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)1 1溫差超越引薦的幅度值溫差超越引薦的幅度值對(duì)于液體：主要是粘性隨溫度而變化。對(duì)于液體：主要是粘性隨溫度而變化。對(duì)于氣體：除了粘性，還有密度和導(dǎo)熱系數(shù)等。對(duì)于氣體：除了粘性，還有密度和導(dǎo)熱系數(shù)等。 當(dāng)溫差超越引薦的幅度值后，流體熱物性將當(dāng)溫差超越引薦的幅度值后，流體熱物性將發(fā)生變化，從而對(duì)換熱產(chǎn)生影響。發(fā)生變化，從而對(duì)換熱產(chǎn)生影響。修正方法：修正方法：nnnPrPrcTTccwftwftwft ，或，或華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) 對(duì)于方形、橢圓形、環(huán)形等外形的截面情況，對(duì)于方形、橢圓形、環(huán)形等外形的截面情況，可以用當(dāng)量直徑作為特征尺度從而運(yùn)用

5、以上的準(zhǔn)那可以用當(dāng)量直徑作為特征尺度從而運(yùn)用以上的準(zhǔn)那么方程。么方程。PAdce4式中：式中：Ac Ac 對(duì)為槽道的流動(dòng)截面積，對(duì)為槽道的流動(dòng)截面積，P P為潤(rùn)濕周長(zhǎng)。為潤(rùn)濕周長(zhǎng)。華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) 對(duì)于較短的管子及常見(jiàn)的尖角入口，引薦以下對(duì)于較短的管子及常見(jiàn)的尖角入口，引薦以下的修正系數(shù)：的修正系數(shù)：7 . 01ldClnltPrReccNuf8 . 0ff023. 0思索溫度和短管修正后的迪圖斯思索溫度和短管修正后的迪圖斯- -貝爾特關(guān)聯(lián)式貝爾特關(guān)聯(lián)式: :華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) 由于管道彎曲改動(dòng)了由于管道彎曲改動(dòng)了流體的流動(dòng)方向，離心力流體的流動(dòng)方向，離心力的作用會(huì)在流體內(nèi)產(chǎn)生如

6、的作用會(huì)在流體內(nèi)產(chǎn)生如下圖的二次環(huán)流，結(jié)果添下圖的二次環(huán)流，結(jié)果添加了擾動(dòng)，使對(duì)流換熱得加了擾動(dòng)，使對(duì)流換熱得到強(qiáng)化。到強(qiáng)化。對(duì)于氣體：對(duì)于氣體： 對(duì)于液體：對(duì)于液體： RdcR77. 1133 .101RdcR華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)1 1齊德齊德- -泰特泰特Sieder-TateSieder-Tate關(guān)聯(lián)式：關(guān)聯(lián)式：14. 0wf3/1f8 . 0ff027. 0PrReNu評(píng)價(jià)：誤差大；近似適用于液體被加熱的情況。評(píng)價(jià)：誤差大；近似適用于液體被加熱的情況。2 2格尼林斯基格尼林斯基GnielinskiGnielinski關(guān)聯(lián)式：關(guān)聯(lián)式：tfcldPrfPrRefNu3/232fff11

7、87 .121)1000(8評(píng)價(jià)：準(zhǔn)確，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的均方根偏向?yàn)樵u(píng)價(jià)：準(zhǔn)確，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的均方根偏向?yàn)?。%20該式也適用于過(guò)渡區(qū)該式也適用于過(guò)渡區(qū)華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)適用的參數(shù)范圍：適用的參數(shù)范圍：1. 賽德?tīng)栙惖聽(tīng)査厮豐ieder-Tate關(guān)聯(lián)式關(guān)聯(lián)式14. 0wf3/1fff)(86. 1ldPrReNuffw 0.4817000; 0.0449.8Pr 2300fRe2)Pr(14. 0wf3/1ffldRe管子處于均勻壁溫管子處于均勻壁溫華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) )( 66. 3wfconsttNu) ( 36. 4fconstqNuw對(duì)于圓管：對(duì)于圓管：華北電力大學(xué)華北電力大

8、學(xué) 在本節(jié)我們首先分析了管內(nèi)流動(dòng)和換熱的特征；在本節(jié)我們首先分析了管內(nèi)流動(dòng)和換熱的特征；然后給出了湍流情況下的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，重點(diǎn)是其中然后給出了湍流情況下的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，重點(diǎn)是其中的迪圖斯的迪圖斯- -貝爾特關(guān)聯(lián)式；對(duì)層流情況分別給出了處貝爾特關(guān)聯(lián)式；對(duì)層流情況分別給出了處于入口段和充分開(kāi)展段的關(guān)聯(lián)式。于入口段和充分開(kāi)展段的關(guān)聯(lián)式。1 1實(shí)踐問(wèn)題的主要特征；實(shí)踐問(wèn)題的主要特征；2 2實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的適用條件；實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的適用條件；3 3特征尺度、特征速度和定性溫度確實(shí)定。特征尺度、特征速度和定性溫度確實(shí)定。 1. 1. 留意：留意：華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)1 1利用雷諾數(shù)判別流動(dòng)的形狀利用雷諾數(shù)判別流

9、動(dòng)的形狀; ;2 2選用適宜的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式選用適宜的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式; ;3 3計(jì)算出努塞爾數(shù)，進(jìn)一步得到外表傳熱系數(shù)計(jì)算出努塞爾數(shù)，進(jìn)一步得到外表傳熱系數(shù); ;4 4根據(jù)牛頓冷卻公式計(jì)算出對(duì)流換熱量。根據(jù)牛頓冷卻公式計(jì)算出對(duì)流換熱量。tAh華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)例題：在一冷凝器中，冷卻水以例題：在一冷凝器中，冷卻水以1m/s的流速流過(guò)內(nèi)徑為的流速流過(guò)內(nèi)徑為10mm、長(zhǎng)度為、長(zhǎng)度為3m的銅管，冷卻水的進(jìn)、出口溫度分別的銅管，冷卻水的進(jìn)、出口溫度分別為為15和和65，試計(jì)算管內(nèi)的外表傳熱系數(shù)。，試計(jì)算管內(nèi)的外表傳熱系數(shù)。C 40651521ft從附錄中水的物性表中可查得從附錄中水的物性表中可查得 W/

10、(mK)，6350f.6f106590 .m2/s，314f.Pr 為紊流計(jì)算4426ff101052. 1/sm100.6590.01m1m/sReud解：由于管子細(xì)長(zhǎng)，解：由于管子細(xì)長(zhǎng)，l/d較大，可以忽略進(jìn)口段的影響。較大，可以忽略進(jìn)口段的影響。冷卻水的平均溫度為冷卻水的平均溫度為華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)58044 .910.01mK)0.635W/(mffNudhW/(m2K)以上計(jì)算沒(méi)思索流體物性場(chǎng)不均勻的影響。假設(shè)思以上計(jì)算沒(méi)思索流體物性場(chǎng)不均勻的影響。假設(shè)思索物性場(chǎng)不均勻的影響，必需求出壁面溫度，以確索物性場(chǎng)不均勻的影響，必需求出壁面溫度，以確定修正項(xiàng)定修正項(xiàng) ?？梢允紫雀鶕?jù)冷卻

11、水的溫升。可以首先根據(jù)冷卻水的溫升確定換熱量，再用上面計(jì)算的外表傳熱系數(shù)確定換熱量，再用上面計(jì)算的外表傳熱系數(shù)h 。140wf.4 . 0f8 . 0ffPrRe023. 0Nu4 .9131. 41052. 1023. 04 . 08 . 04 管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱如何強(qiáng)化？ 書(shū)上PtlR c c cmpnevhcd思索作業(yè)華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) 按照概述中的分類外按照概述中的分類外部流動(dòng)的強(qiáng)迫對(duì)流換熱主部流動(dòng)的強(qiáng)迫對(duì)流換熱主要有橫掠平板、外掠單管要有橫掠平板、外掠單管和外掠管束等情況。和外掠管束等情況。6-2 外部流動(dòng)強(qiáng)迫對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式略外部流動(dòng)強(qiáng)迫對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式略ftwt華北電力大

12、學(xué)華北電力大學(xué)一、橫掠單管換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式一、橫掠單管換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1. 流動(dòng)的特征流動(dòng)的特征 流體橫向繞流流體橫向繞流單管時(shí)的流動(dòng)除了單管時(shí)的流動(dòng)除了具有邊境層的特征具有邊境層的特征外，還要發(fā)生繞流外，還要發(fā)生繞流脫體，而產(chǎn)生回流、脫體，而產(chǎn)生回流、漩渦和渦束。漩渦和渦束。華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)邊境層的生長(zhǎng)和脫體決邊境層的生長(zhǎng)和脫體決議了外掠圓管換熱的特議了外掠圓管換熱的特征。征。低雷諾數(shù)時(shí)，上升點(diǎn)反低雷諾數(shù)時(shí)，上升點(diǎn)反映了繞流脫體的起點(diǎn)。映了繞流脫體的起點(diǎn)。高雷諾數(shù)時(shí)，第一次上升高雷諾數(shù)時(shí)，第一次上升是層流轉(zhuǎn)變成湍流的緣由，是層流轉(zhuǎn)變成湍流的緣由，第二次上升約在第二次上升約在那么是由于脫體

13、的緣故。那么是由于脫體的緣故。1402. 換熱的特征換熱的特征華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)3. 平均外表傳熱系數(shù)平均外表傳熱系數(shù) h 計(jì)算的關(guān)聯(lián)式計(jì)算的關(guān)聯(lián)式對(duì)于高溫氣流沖刷的管子，假對(duì)于高溫氣流沖刷的管子，假設(shè)壁溫過(guò)高，能夠發(fā)生爆管景設(shè)壁溫過(guò)高，能夠發(fā)生爆管景象，在管子的那一點(diǎn)易發(fā)生？象，在管子的那一點(diǎn)易發(fā)生？3/1PrRenCNu 式中式中C、n 之值見(jiàn)教材表之值見(jiàn)教材表5-5定性溫度取定性溫度取 特征長(zhǎng)度取管外徑特征長(zhǎng)度取管外徑d d特征流速取來(lái)流速度特征流速取來(lái)流速度 fwrttt21u華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)二、外掠管束換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式二、外掠管束換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1. 1. 流動(dòng)和換熱的特征

14、流動(dòng)和換熱的特征順排順排叉排叉排管束的陳列方式有順排和叉排兩種方式。叉排中的管束的陳列方式有順排和叉排兩種方式。叉排中的流動(dòng)擾動(dòng)比順排時(shí)要猛烈，因此換熱也較強(qiáng)。此外，流動(dòng)擾動(dòng)比順排時(shí)要猛烈，因此換熱也較強(qiáng)。此外，管束的間距管束的間距s1和和s2及管排數(shù)也影響換熱強(qiáng)度。及管排數(shù)也影響換熱強(qiáng)度。華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)mCNuRe式中式中C、m 之值見(jiàn)教材表之值見(jiàn)教材表5-7,上式主要用于氣體，因上式主要用于氣體，因此此Pr數(shù)的影響歸到了系數(shù)數(shù)的影響歸到了系數(shù) C 中。中。定性溫度取定性溫度取 特征長(zhǎng)度取管外徑特征長(zhǎng)度取管外徑d d特征流速取管束中最窄截面處的流速特征流速取管束中最窄截面處的流速 fwrttt21對(duì)于排數(shù)少于對(duì)于排數(shù)少于1010排的管束，需求利用管排修正系排的管束，需求利用管排修正系數(shù)修正。數(shù)修正。1n該問(wèn)題也可以采用表該問(wèn)題也可以采用表5-95-9和和5-105-10給出的關(guān)