傳熱學(xué)6第六章

1、第八章ht06.doc第六章1單相流體對(duì)流傳熱第一節(jié)管內(nèi)受迫對(duì)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(jì)算r-Vn*圖6-3管內(nèi)傳熱熱平衡圖6-4管內(nèi)傳熱時(shí)流體溫度變化(a)常熱流(b)常壁溫ht06.doc第六章3圖6-5黏度變化對(duì)速度場(chǎng)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(jìn)口段與充分發(fā)展段Re<2300層流2300<Re<104過(guò)渡狀態(tài)Re>104旺盛紊流ax(tt-1'-wtwi=0(1a)tt'w'at、(ar丿r=R(1b)2管內(nèi)流體平均速度及平均溫度

2、(1)管內(nèi)流體平均速度沁0.05RePr(3)u=Judf/f=fm兀R200Jpctudfp冗rudr=V(6-1)-pcudfR2upm0turdr(6-2)(4)又d=q3兀Rdx(5)d=h(t一t)2兀Rdx=pcu兀R2dtxwfxpmfht06.doc第六章56)dt2qdxpcuRpmdt2h(t-t)4=x_wf-dxxPcuRpm7)常熱流邊界條件(q=const):t=(t'+1)/26-3a)dtdtw=dxdx8)At=(At'+At'')/2式中，進(jìn)口端流體與管壁溫差A(yù)t'=t'-1'；出口端At'&#

3、39;=t6-3b)ffw-1常壁溫邊界條件(t=const)：wd(t-1)wfx(t-1)wfxAt=expAf2hdx=xPcuRpm2h)xPcuRpm10)(t-t，)-(t-t)At'-At"At=fwm1(t-1')lnwf-(t-1)wf6-3c)At稱對(duì)數(shù)平均溫差.mtf=tw±Afm6-3d)3.物性場(chǎng)不均勻4.管子的幾何特征二、管內(nèi)受迫對(duì)流傳熱1.紊流傳熱Nu=CRenPrm迪圖斯-貝爾特(DittusBoelter)公式：加熱流體Nu=O.O23Reo.8Pro.4fffNu=0.023Re0.8Pr0.3fff冷卻流體(t>t

4、)wf(t<t)wf(6-4a)(6-4b)ht06.doc第六章9西得和塔特(Sieder-Tate)推薦的關(guān)聯(lián)式Nu=0.027Re0.8Pr1/3(卩/卩ffff0.14w(6-5)關(guān)于物性變化的修正格尼林斯基建議的關(guān)聯(lián)式和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)T對(duì)于氣體，0.6<Pr<1.5；0.50<1.5；2300VRe<104fTfwdTNu=0.0214(Re0.8100)Pr0.41+(-)2/3(丄)0.45ffflTw(6-6a)對(duì)于液體，1.5VPr<500；Pr0.05<匚<20；2300<Re<104PrfwNu=0.012(Re0.8

5、7280)Pr0.41+Pr2/3(f)0.11Pr(6-6b)(13)對(duì)于非圓形管(6-7)式中A流道斷面面積，m2；U流體潤(rùn)濕的流道周邊，對(duì)于螺旋形管氣體液體圖6-6彎曲管二次環(huán)流(6-8a)(d=1+10.3IR丿h=f(u0.8,九0.6,C0.4,p0.8,卩0.4,0.2)P(6-8b)2.層流傳熱西得和塔特關(guān)聯(lián)式Nu二1.86Rei/3Pri/3()i/3(匕)0.14fffl卩wd卩Nu二1.86(Pe)1/3(匚)o.i4ffl卩(6-9a)(6-9b)w、1/3(KRe-Pr-、0.14Nu=4.36fNu=3.66f3.過(guò)渡流傳熱(q=const)(t=const)w(6

6、-10a)(6-10b)4.粗糙管壁的傳熱圖6-7流體在粗糙壁上的流動(dòng)1-層流;2、3-紊流l兀=Ap24ApT=w4l(11)(12)hT=wpcupu2pmm(14)ht06.doc第六章_10(15)(6-11)StXPr2/3=8(6-12)(16)Rf二2xlg()+1.74-2ksf=里Re第二節(jié)外掠圓管對(duì)流傳熱一、外掠單管圖6-8外掠圓管流動(dòng)邊界層圖6-9外掠圓管局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化圖進(jìn)漢(q)進(jìn)b(e)mshib-ss寸g9卜oooou9w)i*0r''-r-eeooooooH140401x1031x1032x1052x1051x1069«1電趙。呂

7、49)簾r盧JSz.o(-T)aoJdJd建oHJdJJJ(mo(-r.OJd)、)££09swkmqop99qht06.doc第六章13(Pra25sSNu=fRe,Pr,f,1PrJwddz0.25p(PrNu=CRenPrm匚、Prw(S)1IS丿'2z(6-14)丿排列方式適用范圍0.7vPr<500f準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式Nuf對(duì)空氣或煙氣的簡(jiǎn)化式Pr=0.7Nuf順排Re=1032x105,fPr0.27Re0.63Pr0.36(f)0.25ffPr0.24Re0.63fRe=2x1052x106,fPr0.021Re0.84Pr0.36(f)0.25ffPr

8、0.018Re0.84f叉排Re=1032x105fSc-1口2S2Pr0.35Re0.6Pr0.36(f)0.25ffPr(S0.2JS丿'2z(S0.20.31Re0.6-1fJS丿Sc-1>2S2Pr0.40Re0.6Pr0.36(f)0.25ffPr0.35Re0.6fRe=2x1052x106fPr0.022Re0.84Pr0.36(f)0.25ffPr0.019Re0.84fz管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式表6-2排數(shù)修正系數(shù)表表6-3排數(shù)1234568121620順排0.690.800.860.900.930.950.960.980.991.0ht06.doc第六章

9、15叉排0.620.760.840.880.920.950.960.980.991.0【例6-6】<1-電z/v/z37.斗3g&g4535(2)圖6-12例6-6附圖第三節(jié)自然對(duì)流傳熱、無(wú)限空間自然對(duì)流傳熱ya)圖6-13自然對(duì)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)QuQu、dpd2up(u+v)pg+UQxQyQxQy2dpdxht06.doc第六章17Trans.ASME.Vo1.91c,pp.511531,1969。dpPg-=dx(Pf-P)g(3)1川_P、a=(f)pttf-ap(t-t)=p-pffQuQu、/、d2up(u+v)=Pga(

10、tt)+卩一QxQyfQy2(4)(5)(5-44)tt引用無(wú)因次溫度0=ttwfttQU“QUgaAt/1Q2UU+V=0+QXQYu2ReQY200自然對(duì)流傳熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式Nu=C(Gr-Pr)n=CRan在常熱流邊界條件下采用Gr*(稱修正Gr)代替Gr(6-15)(6-16)Gr*=Nu-Gr=(6)AV2Nu=C(Gr*-Pr)nxx式(6-16)或式(6-17)中的C、n值(6-17)表6-4壁面形狀、位置及邊界條件流動(dòng)情況示意圖C、n定型尺寸流態(tài)Cnt=const豎平壁w豎直圓筒，平均Nu,式(6-16)【11】Tif；層流紊流0.590.11/41/3高度hq=const豎平壁或

11、豎直圓筒，局部Nu，式x(6-17)層流紊流0.60.171/51/4局部點(diǎn)的咼度x適用范圍GrPr1041091091013Gr*prx10510112x10131016ht06.doc第六章18t=const或wqw=const水平圓筒平均Nu,式6-16)oA層流1.020.850.480.1480.1880.250外徑dGrPr102102102104104107w1紊流0.1251/31071012t=const熱面朝w上或冷面朝下的水平壁，平均Nu,式（6-16）JL層流紊流0.540.151/41/3矩形取兩個(gè)邊長(zhǎng)的平均值；非規(guī)則形取面積與周長(zhǎng)之比；圓盤取0.9dGrPr2x10

12、48x1068x1061011t=const熱面朝w下或冷面朝上的水平壁，平均Nu,式（6-16）P占L層流0.581/5同上GrPr1051011豎直圓筒（管）傳熱h.-h縱坐標(biāo)生2（H）橫坐標(biāo)圓筒.平壁Gr1/4rHoAdv.HeatTansfer,V0l.11,P211.J.HeatMassTransfer,Vo1.15,p.755,1972。ht06.doc第六章12圖6-14豎直圓筒自然對(duì)流傳熱平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)校正系數(shù)(6-18)d>35HGr1/4h丘吉爾(Churchill)和朱(Chu)推薦豎壁和水平圓筒自然對(duì)流傳熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式豎壁:NuH0.825+0.387Ra皿H1+

13、(0.492/Pr)9/168/27(6-19)適用范圍：Ra由10-6T2d水平圓筒：Nud<0.60+0.387Ra1/6d1+(0.559/Pr)9/168/27(6-20)適用范圍：Ra由10-6WRa<1012dd二、有限空間中的自然對(duì)流傳熱id)圖6-15有限空間自然對(duì)流傳熱對(duì)于豎直壁封閉夾層的自然對(duì)流傳熱問(wèn)題可分為三種情況:(1)夾層厚度5與高度H之比丄較大(大于03)H(2)在夾層內(nèi)冷熱兩股流動(dòng)邊界層能相互結(jié)合ht06.doc第六章22(3)豎直壁夾層Gr=少山'3<2000時(shí)§V2對(duì)于水平封閉夾層可分為兩種情況：（1）熱面在上（2）熱面在下

14、至于傾斜夾層，它與水平夾層相類似，當(dāng)GrPr超過(guò)1700/cos9時(shí)，將§發(fā)生蜂窩狀流動(dòng)。q=h（t-t）（6-21）ew1w27）=Nu§tw1t)w2Nu§=C(Gr§-pr)m(H)n(8)(6-22)九q=(tt)(9)§w1w2九九q=丁瓦(tt)(10)k§w1w2Nu§k=(11)有限空間自然對(duì)流傳熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式表6-5夾層位置Nu準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式§適用范圍豎直夾層（氣體）【14】=1（導(dǎo)熱）Gr-Pr<2000§§=0.197(GrPr)1/4)1/9(層§H流)6000

15、<Gr-Pr<2x105§11<H/§<42豎壁夾層傳熱關(guān)聯(lián)式的應(yīng)用將受Gr,-Pr和H/§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?#167;模式的具體區(qū)段，或者說(shuō)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(lái)確定，本書把這一區(qū)段稱為“過(guò)渡段”，它的傳熱規(guī)律有待學(xué)者研究解決。5=0.073(GrPr)1/3()1/9(紊5h流)2x105<GrPr<1.1x107511<H/5<42水平夾層（熱面在卜）【12】（氣體）=0.059(GrPr)0.451700<(GrPr)<70005=0.21

16、2(GrPr)1/457000<(GrPr)<3.2x1055=0.061(GrPr)1/35(GrPr)>32x1055傾斜夾層（熱面在卜與水平夾角為0（氣體）1!"仁1708)(GrPrcos0丿J5丿1708v(GrPrcos0)<59005=0.229(GrPrcos0)0.25255900<(GrPrcos0)<9.23x1045=0.157(GrPrcos0)0.28559.23x104<(GrPrcos0)<x1065例6-9】5(mm)371025304050607080GrPr53645613292.08x1043.5

17、9x1048.50x1041.66x1052.87x1054.56x1056.80x105流態(tài)導(dǎo)熱層流紊流Nu511.571.842.352.853.524.184.85hW/e(m2K)8.273.542.481.561.521.461.411.461.481.50ht06.doc第六章23星誦嵌睪導(dǎo)S一核七”圖6-16例6-9封閉空氣夾層h隨厚度5的變化e三、自然對(duì)流與受迫對(duì)流并存的混合對(duì)流傳熱圖6-17自然對(duì)流對(duì)速度場(chǎng)的干擾浮升力的數(shù)量級(jí)慣性力的數(shù)量級(jí)相當(dāng)于則兩力之比ga（t一t）ga（t一t）duu2udxgaAtu2/1gaAtl3V2=Gr/Re2（6-23）單相流體受迫對(duì)流、自然

18、對(duì)流傳熱關(guān)聯(lián)式綜合對(duì)比表項(xiàng)目受迫流過(guò)常管內(nèi)受迫對(duì)流外掠管束大空間自然封閉空間自然ht06.doc第六章26壁溫平板對(duì)流對(duì)流流動(dòng)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Nu=f(Re,Pr)Nu=f(Re,Pr)Nu=f(Re,Pr,S1/S2)常壁溫：Nu=f(Gr,Pr)常熱流：Nu=f(Gr*,Pr)Nue=f(Gzg,Pr)判別層流轉(zhuǎn)化紊流的準(zhǔn)則數(shù)Re>5x105f4Re>10f按Ref所處的范圍、排列方式、管排數(shù)、相對(duì)管間距S/S等條12件選擇準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式Gr*Pr>109（平壁）>107（水平筒壁）Gr*Pr>1011（豎壁常熱流）豎夾層壁：GrgPr<6000（導(dǎo)熱機(jī)