傳熱學(xué)6第六章

1、17 ht06 .doc 第六章 第六章 單相流體對流傳熱 第一節(jié) 管內(nèi)受迫對流傳熱 一、一般分析圖6-1 管內(nèi)局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及平均h的變化圖6-2 管斷面平均流速及平均溫度的計算圖6-3管內(nèi)傳熱熱平衡圖6-4 管內(nèi)傳熱時流體溫度變化（a）常熱流 （b）常壁溫圖6-5 黏度變化對速度場的影響1-等溫流；2-冷卻液體或加熱氣體；3-加熱液體或冷卻氣體 1.進口段與充分發(fā)展段 Re <2300 層流 2300 <Re < 過渡狀態(tài) Re 旺盛紊流 ； v 0 = 0 （1a） = （1b） 0.05Re·Pr （3）2.管內(nèi)流體平均速度及平均溫度 (1)管內(nèi)流體平均速

2、度 （6-1） （6-2） （4）又 （5） （6）或 （7） 常熱流邊界條件(qconst)： =（ +）/2 （6-3a） = （8） （6-3b）式中，進口端流體與管壁溫差；出口端 ； 常壁溫邊界條件(const)： = （9） （10） = （6-3c）稱對數(shù)平均溫差. tf=tw± （6-3d） 3. 物性場不均勻 4.管子的幾何特征 二、管內(nèi)受迫對流傳熱 1.紊流傳熱 Nu = C 迪圖斯-貝爾特(DittusBoelter)公式： 加熱流體 (>) (6- 4a) 冷卻流體 (<) (6-4b)西得和塔特(Sieder-Tate )推薦的關(guān)聯(lián)式 （6-5）關(guān)

3、于物性變化的修正 格尼林斯基建議的關(guān)聯(lián)式和實驗數(shù)據(jù) 對于氣體，0.61.5；0.51.5； 2300 (6-6a) 對于液體，1.5500； 0.0520；2300 (6-6b) 對于非圓形管 = （6-7）式中 A流道斷面面積，； U流體潤濕的流道周邊，m 。 對于螺旋形管圖6-6彎曲管二次環(huán)流 氣體 （6-8a） 液體 （6-8b） 2. 層流傳熱 西得和塔特關(guān)聯(lián)式 (6-9a) (6-9b) =4.36 (q const) (6-10a) =3.66 (const) (6-10b) 3. 過渡流傳熱 4. 粗糙管壁的傳熱圖6-7流體在粗糙壁上的流動1-層流;2、3-紊流 (11) = (

4、12) = (13) (14) St = (15) St ×= (6-11) (6-12) (16) 第二節(jié) 外掠圓管對流傳熱 一、外掠單管圖6-8外掠圓管流動邊界層圖6-9 外掠圓管局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化圖圖6-10 外掠單圓管平均Nu （ (6-13) C n 140 40 0.75 0.51 0.26 0.076 0.4 0.5 0.6 0.7式(6-13)的C及n值 表6-1 二、外掠管束圖6-11 順排與叉排管束（a）順排 （b）叉排 (6-14) 管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 表6-2排列方式適用范圍0.7<<500準(zhǔn) 則 關(guān) 聯(lián) 式對空氣或煙氣的簡化式Pr

5、=0.7順排=,=,叉排= 排數(shù)修正系數(shù)表 表6-3 排數(shù)1234568121620順排0.690.800.860.900.930.950.960.980.991.0叉排0.620.760.840.880.920.950.960.980.991.0【例6-6】 圖6-12 例6-6附圖第三節(jié) 自然對流傳熱一、無限空間自然對流傳熱圖6-13 自然對流傳熱邊界層及局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化 （a）順排 （b）叉排 （1）= -g （2）g-=（-）g （3） （4）即 -（- t ）= - （5） (5-44)引用無因次溫度 (6-15)自然對流傳熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 (6-16) 在常熱流邊界條件下采用(稱

6、修正Gr)代替Gr= （6） (6-17)式（6-16）或式（6-17）中的C 、n 值 表6-4 壁面形狀、位置及 邊界條件流動情況示意圖C 、 n定型尺寸適用范圍流態(tài)Cn=const豎平壁豎直圓筒，平均Nu，式（6-16）【11】層流紊流0.590.11/41/3高度hGr·Prq=const豎平壁或豎直圓筒，局部，式（6-17） Trans. ASME . Vo191c， pp.511531，1969。層流紊流0.60.171/51/4局部點的高度x·Pr2×=const或qw=const水平圓筒平均Nu，式6-16）u Adv. Heat Tansfer,

7、 Vol.11,P211. 層流1.020.850.480.1480.1880.250外徑dGr·Pr紊流0.1251/3=const熱面朝上或冷面朝下的水平壁，平均Nu，式（6-16）v J. Heat Mass Transfer，Vo115，p.755，1972。層流紊流0.540.151/41/3矩形取兩個邊長的平均值；非規(guī)則形取面積與周長之比；圓盤取0.9dGr·Pr2×8×8×=const熱面朝下或冷面朝上的水平壁，平均Nu，式（6-16）層流0.581/5同上Gr·Pr 豎直圓筒（管）傳熱縱坐標(biāo) 橫坐標(biāo)圖6-14 豎直圓筒

8、自然對流傳熱平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)校正系數(shù) (6-18)丘吉爾(Churchill)和朱(Chu)推薦豎壁和水平圓筒自然對流傳熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 豎壁： (6-19) 適用范圍： 由 水平圓筒： (6-20) 適用范圍： 由10-6 二、有限空間中的自然對流傳熱圖6-15 有限空間自然對流傳熱 對于豎直壁封閉夾層的自然對流傳熱問題可分為三種情況：(1) 夾層厚度與高度H之比較大(大于0.3) (2) 在夾層內(nèi)冷熱兩股流動邊界層能相互結(jié)合 (3) 豎直壁夾層=2000時對于水平封閉夾層可分為兩種情況：(1)熱面在上 (2)熱面在下 至于傾斜夾層，它與水平夾層相類似，當(dāng)·Pr超過1700時，將發(fā)生蜂

9、窩狀流動。 q = （-） （6-21）q =（） （7）=（） （8） =C (6-22) q = () (9) q = () (10)= (11)有限空間自然對流傳熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 表6-5夾層位置準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式適用范圍豎直夾層（氣體）【14】=1 （導(dǎo)熱）=0.197（層流）6000<<211 < H/d < 42豎壁夾層傳熱關(guān)聯(lián)式的應(yīng)用將受和H/d的雙重限制，因此夾層內(nèi)的傳熱由導(dǎo)熱模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿髂Ｊ降木唧w區(qū)段，或者說上述關(guān)聯(lián)式不能使用的區(qū)段，要根據(jù)夾層的具體條件來確定，本書把這一區(qū)段稱為“過渡段”，它的傳熱規(guī)律有待學(xué)者研究解決。=0.073（紊流）2<<1.

10、111 £ H/d £42水平夾層（熱面在下）【12】（氣體）=0.059 1700<<7000=0.212 7000<<3.2=0.061 >3.2傾斜夾層（熱面在下與水平夾角為）（氣體）1708<<5900=0.229 5900<<9.23=0.157 9.23<< 【例6-9】 371025304050607080×Pr3645613292.08´1043.59´1048.50´1041.66´1052.87´1054.56´1056

11、.80´105流態(tài)導(dǎo)熱層流紊流11.571.842.352.853.524.184.85W/（m2·K）8.273.542.481.561.521.461.411.461.481.50圖6-16 例6-9封閉空氣夾層隨厚度的變化三、自然對流與受迫對流并存的混合對流傳熱圖6-17 自然對流對速度場的干擾 浮升力的數(shù)量級 慣性力的數(shù)量級相當(dāng)于 則兩力之比 （6-23）單相流體受迫對流、自然對流傳熱關(guān)聯(lián)式綜合對比表項 目受迫流過常壁溫平板管內(nèi)受迫對流外掠管束大空間自然對流封閉空間自然對流流動起因外力外力外力浮升力浮升力準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的組成常壁溫：常熱流：判別層流轉(zhuǎn)化紊流的準(zhǔn)則數(shù)按所處的范圍、排列方式、管排數(shù)、相對管間距等條件選擇準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式>109（平壁）>107（水平筒壁）>1011（豎壁常熱流）豎夾層壁：（導(dǎo)熱機制）（層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳎﹤鳠釡囟炔钆c之差 與之差常壁溫：與之差常熱流：與壁高1/2處的之差夾層兩壁溫差定性溫度主流溫度與壁面溫度的平均值常壁溫：與的平均值常熱流：與壁高1/2處的的平均值夾層兩壁溫度平均值定型尺寸平板長度圓管：內(nèi)徑非圓管：當(dāng)量直徑管外徑豎壁、豎管：高度；橫管：直徑；水平壁：圓盤，0.9d；矩形，