傳熱學(xué)第五章單相流體對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式

傳熱學(xué)第五章單相流體對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三學(xué)習(xí)內(nèi)容第一章緒論第二章導(dǎo)熱基本定律和穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱第四章對(duì)流換熱原理第五章單相流體對(duì)流換熱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式第六章熱輻射基本定律第七章輻射換熱計(jì)算第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三學(xué)習(xí)內(nèi)容第一章緒論第二章導(dǎo)熱基本定律和穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱第四章對(duì)流換熱原理第五章單相流體對(duì)流換熱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式第六章熱輻射基本定律第七章輻射換熱計(jì)算第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三第五章對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式5.1管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱

5.2外掠物體時(shí)的強(qiáng)迫對(duì)流換熱5.3自然對(duì)流傳熱

第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三5.1.1湍流（）

5.1管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱

1.流動(dòng)和換熱分析分類：第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三換熱分析

：管內(nèi)局部對(duì)流換熱系數(shù)hx沿程變化情況（湍流）

第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三2.管內(nèi)流動(dòng)換熱計(jì)算

準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：

適用條件：流體與壁面具有中等以下溫度差的場合；

定型尺寸：管內(nèi)徑d

非圓管采用當(dāng)量直徑de

；如介質(zhì)為空氣時(shí)：℃

介質(zhì)為水時(shí)：℃

第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三定性溫度：用來確定流體物性的溫度

；第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三溫差修正系數(shù)：

它是考慮到流體與壁面間存在較大溫差時(shí)，對(duì)關(guān)聯(lián)式作的修正。

對(duì)氣體被加熱時(shí)當(dāng)氣體被冷卻時(shí)對(duì)液體液體受熱時(shí)m＝0.11

液體受冷時(shí)m＝0.25

第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三管長修正系數(shù)：

當(dāng)時(shí)，稱之為長管，雖然進(jìn)口處的h較大，但管較長，可忽略進(jìn)口段的影響，而對(duì)于的短管，就必須予以考慮。

第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三彎管修正系數(shù)：

考慮到流體在彎曲管道或螺旋管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在離心力的作用下，形成二次流后，對(duì)換熱所起的增強(qiáng)作用。對(duì)于氣體：對(duì)于液體：第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三5.1.2層流（）

1.流動(dòng)和換熱分析管內(nèi)層流邊界層的形成和發(fā)展

第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三管內(nèi)局部對(duì)流換熱系數(shù)hx沿程變化情況（層流）

第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三2.管內(nèi)流動(dòng)換熱計(jì)算賽德爾——塔特關(guān)聯(lián)式：

定型尺寸：管內(nèi)徑d

適用條件：定性溫度：流體的算術(shù)平均溫度。

第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

在工程中，除了圓管，扁管和橢圓管也是用的比較多的換熱管，圓管和橢圓管相比，在流過橫截面積相等的情況下，橢圓管的當(dāng)量直徑小于圓管直徑，因此橢圓管內(nèi)的換熱性能要優(yōu)于圓管。

但是，橢圓管的制造工藝復(fù)雜且承壓能力有限，這一問題也限制了橢圓管翅片式換熱器的普及應(yīng)用。第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

橢圓管第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

扁管的應(yīng)用——汽車中冷器第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

對(duì)于扁管和橢圓管這樣的非圓形截面通道，上述的公式都是能用的，只是定型尺寸，也就是當(dāng)量直徑要采用下式進(jìn)行計(jì)算：ab對(duì)于扁管：第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三5.2.1縱掠平壁

5.2外掠物體對(duì)流換熱時(shí)的強(qiáng)迫對(duì)流換熱

層流底層第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三定性溫度：邊界層的平均溫度

1.層流準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式

定型尺寸：板長l

（x）

適用條件：（臨界雷諾數(shù)

）第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

對(duì)于這里講的紊流指的是從平壁x＝0處就開始直接形成湍流邊界層的情況，當(dāng)然這是一個(gè)假象的情況，即當(dāng)紊流的湍流度很大的情況（來流在外掠平板前流過繞流格柵），Colburn利用比擬法得出了hx和h的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：2.紊流準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式

第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

適用條件：3.混合邊界層的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式

在恒壁溫條件下，h是以xc為界分兩部分積分再求平均值，即：第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

適用條件：5.2.2橫掠單管

流體繞流管子這樣的圓柱外表面時(shí)，最大的特點(diǎn)就在于邊界層流體壓力沿流動(dòng)方向?qū)l(fā)生變化，從而導(dǎo)致流體橫掠單管的特殊邊界層流動(dòng)現(xiàn)象——邊界層分離。第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三1.流動(dòng)和換熱特點(diǎn)圓柱繞流第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三分離點(diǎn)的位置：邊界層在脫離前就轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲗恿鬟吔鐚拥?5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三橫掠單管局部對(duì)流換熱系數(shù)的變化情況第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三2.準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式

定型尺寸：管外徑do定性溫度：邊界層的平均溫度

計(jì)算流速：來流流速第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式中的系數(shù)C和n第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三5.2.3橫掠管束

橫掠管束實(shí)例一——管殼式換熱器第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三管式空氣預(yù)熱器空氣高溫?zé)煔獾?0頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

跟單管相比，橫掠管束時(shí)不僅受管徑、流速的影響，還受到管間距、管排數(shù)以及管束排列方式等因素的影響，因此比換熱過程要比單管復(fù)雜多了。

第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三Fluent模擬的溫度場和速度場第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三順排和叉排時(shí)的流動(dòng)現(xiàn)象第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

除排列方式外，管排數(shù)N，管徑、管間距s1、s2都是在分析時(shí)所要考慮的因素，這些影響因素在我們推薦的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式中都應(yīng)該有所反映。

準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：

適用條件：定性溫度：流體的算術(shù)平均溫度

；

定型尺寸：管外徑do第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

計(jì)算流速：管間最大流速umax順排：叉排：第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三管翅式換熱器第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三針狀翅片管第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三各種形狀的翅片管第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三5.3自然對(duì)流傳熱

1.概述

流動(dòng)起因：由于不均勻的溫度場，引起密度的不均勻，并在重力下產(chǎn)生浮升力。第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

流動(dòng)不均勻的溫度場，不一定引起自然對(duì)流。說明：

該空腔上熱下冷，存在溫度差，但是沒有自然對(duì)流產(chǎn)生。

第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三2.分類

大空間自然對(duì)流換熱有限空間自然對(duì)流換熱

3.流動(dòng)和換熱特點(diǎn)

豎壁自然對(duì)流換熱示意圖第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三4.大空間自然對(duì)流換熱特征關(guān)聯(lián)式

恒壁溫：式中：Gr稱為格拉曉夫數(shù)，其表達(dá)式為：

適用條件：恒壁溫條件

定性溫度：流體的算術(shù)平均溫度

定型尺寸：豎壁高度l第43