單相流體強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

1、單相流體強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer一、管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱流動(dòng)和換熱的特征1. 管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)層流過(guò)渡區(qū)湍流采用雷諾數(shù)判斷傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 流動(dòng)和換熱的入口段及充分發(fā)展段傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer流動(dòng)入口段流動(dòng)充分發(fā)展段換熱入口段換熱充分發(fā)展段流動(dòng)入口段長(zhǎng)度 l 的確定層流：湍流：傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3.

2、 局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) hx 的變化請(qǐng)同學(xué)解釋這么畫(huà)的依據(jù)傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer4. 常見(jiàn)的兩種換熱條件 管子表面的換熱條件有均勻熱流和均勻壁溫兩種典型的情況。(1) 均勻熱流（恒熱流）壁面和流體溫度隨管長(zhǎng)的變化tx0twtf對(duì)流傳熱溫差為：傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer(2) 均勻壁溫（恒壁溫）對(duì)流傳熱溫差為：tx0twtf壁面和流體溫度隨管長(zhǎng)的變化傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer二、管槽內(nèi)湍流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1.

3、 迪圖斯-貝爾特（Dittus-Boelter）關(guān)聯(lián)式：適用的參數(shù)范圍：式中取流體平均溫度作為定性溫度；取管子內(nèi)徑d為特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。氣體： 水： 油： 傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 迪圖斯-貝爾特關(guān)聯(lián)式應(yīng)用范圍的擴(kuò)展（1）溫差超過(guò)推薦的幅度值對(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。 當(dāng)溫差超過(guò)推薦的幅度值后，流體熱物性將發(fā)生變化，從而對(duì)換熱產(chǎn)生影響。修正方法：傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（2）非圓形截面通道

4、對(duì)于方形、橢圓形、環(huán)形等形狀的截面情況，可以用當(dāng)量直徑作為特征尺度從而應(yīng)用以上的準(zhǔn)則方程。式中：Ac 對(duì)為槽道的流動(dòng)截面積，P為潤(rùn)濕周長(zhǎng)。傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（3）對(duì)于短管（考慮入口效應(yīng)） 對(duì)于較短的管子及常見(jiàn)的尖角入口，推薦以下的修正系數(shù)：考慮溫度和短管修正后的迪圖斯-貝爾特關(guān)聯(lián)式:傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（4）對(duì)于彎管的修正 由于管道彎曲改變了流體的流動(dòng)方向，離心力的作用會(huì)在流體內(nèi)產(chǎn)生如圖所示的二次環(huán)流，結(jié)果增加了擾動(dòng)，使對(duì)流換熱得到強(qiáng)化。對(duì)于氣體： 對(duì)于

5、液體： 傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3. 其它的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（1）齊德-泰特（Sieder-Tate）關(guān)聯(lián)式：評(píng)價(jià)：誤差大；近似適用于液體被加熱的情況。（2）格尼林斯基（Gnielinski）關(guān)聯(lián)式：評(píng)價(jià)：準(zhǔn)確，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的均方根偏差為 。該式也適用于過(guò)渡區(qū)傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer三、管槽內(nèi)層流換熱關(guān)聯(lián)式適用的參數(shù)范圍：1. 賽德?tīng)査兀⊿ieder-Tate）關(guān)聯(lián)式管子處于均勻壁溫傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfe

6、r2. 層流充分發(fā)展換熱的 Nu 數(shù) 對(duì)于圓管：傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer 四、本節(jié)小結(jié) 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)是其中的迪圖斯-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發(fā)展段的關(guān)聯(lián)式。（1）實(shí)際問(wèn)題的主要特征；（2）實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的適用條件；（3）特征尺度、特征速度和定性溫度的確定。 1. 注意：傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer（1）利用雷諾數(shù)判斷流動(dòng)的狀態(tài);（2）選用合適的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式;（3）計(jì)算出努塞爾數(shù)，進(jìn)

7、一步得到表面?zhèn)鳠嵯禂?shù);（4）根據(jù)牛頓冷卻公式計(jì)算出對(duì)流換熱量。 2. 管槽內(nèi)對(duì)流換熱的一般步驟 傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer例題：在一冷凝器中，冷卻水以1m/s的流速流過(guò)內(nèi)徑為10mm、長(zhǎng)度為3m的銅管，冷卻水的進(jìn)、出口溫度分別為15和65，試計(jì)算管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。從附錄中水的物性表中可查得 W/(mK)，m2/s，解：由于管子細(xì)長(zhǎng)，l/d較大，可以忽略進(jìn)口段的影響。冷卻水的平均溫度為傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat TransferW/(m2K)以上計(jì)算沒(méi)考慮流體物性場(chǎng)不均勻的影響。如果考

8、慮物性場(chǎng)不均勻的影響，必須求出壁面溫度，以確定修正項(xiàng) ?？梢允紫雀鶕?jù)冷卻水的溫升確定換熱量，再用上面計(jì)算的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h 。管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱如何強(qiáng)化？書(shū)上P138思考作業(yè)傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer 按照概述中的分類(lèi)外部流動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流換熱主要有橫掠平板、外掠單管和外掠管束等情況。6-2 外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（略）傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer一、橫掠單管換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1. 流動(dòng)的特征 流體橫向繞流單管時(shí)的流動(dòng)除了具有邊界層的特征外，還要發(fā)生繞流脫體，而產(chǎn)生回流、漩

9、渦和渦束。傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer邊界層的成長(zhǎng)和脫體決定了外掠圓管換熱的特征。低雷諾數(shù)時(shí)，回升點(diǎn)反映了繞流脫體的起點(diǎn)。高雷諾數(shù)時(shí)，第一次回升是層流轉(zhuǎn)變成湍流的原因，第二次回升約在則是由于脫體的緣故。2. 換熱的特征傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer3. 平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 計(jì)算的關(guān)聯(lián)式對(duì)于高溫氣流沖刷的管子，若壁溫過(guò)高，可能發(fā)生爆管現(xiàn)象，在管子的那一點(diǎn)易發(fā)生？式中C、n 之值見(jiàn)教材表5-5定性溫度取 特征長(zhǎng)度取管外徑d特征流速取來(lái)流速度 傳熱學(xué) Heat Transfer

10、 Heat Transfer Heat Transfer二、外掠管束換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1. 流動(dòng)和換熱的特征順排叉排管束的排列方式有順排和叉排兩種形式。叉排中的流動(dòng)擾動(dòng)比順排時(shí)要?jiǎng)×?，因此換熱也較強(qiáng)。此外，管束的間距s1和s2及管排數(shù)也影響換熱強(qiáng)度。傳熱學(xué) Heat Transfer Heat Transfer Heat Transfer2. 平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 計(jì)算的關(guān)聯(lián)式式中C、m 之值見(jiàn)教材表5-7,上式主要用于氣體，因此Pr數(shù)的影響歸到了系數(shù) C 中。定性溫度取 特征長(zhǎng)度取管外徑d特征流速取管束中最窄截面處的流速 對(duì)于排數(shù)少于10排的管束，需要利用管排修正系數(shù)修正。該問(wèn)題也可以采用表5-9和5-1