傳熱學第五章單相流體對流換熱準則關(guān)聯(lián)式詳解演示文稿

傳熱學第五章單相流體對流換熱準則關(guān)聯(lián)式詳解演示文稿當前第1頁\共有45頁\編于星期二\23點優(yōu)選傳熱學第五章單相流體對流換熱準則關(guān)聯(lián)式當前第2頁\共有45頁\編于星期二\23點傳熱學

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主講教師：張彭崗當前第3頁\共有45頁\編于星期二\23點學習內(nèi)容第一章緒論第二章導熱基本定律和穩(wěn)態(tài)導熱第三章非穩(wěn)態(tài)導熱第四章對流換熱原理第五章單相流體對流換熱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式第六章熱輻射基本定律第七章輻射換熱計算當前第4頁\共有45頁\編于星期二\23點第五章對流換熱準則關(guān)聯(lián)式5.1管內(nèi)強迫對流換熱

5.2外掠物體時的強迫對流換熱5.3自然對流傳熱

當前第5頁\共有45頁\編于星期二\23點5.1.1湍流（）

5.1管內(nèi)強迫對流換熱

1.流動和換熱分析分類：當前第6頁\共有45頁\編于星期二\23點換熱分析

：管內(nèi)局部對流換熱系數(shù)hx沿程變化情況（湍流）

當前第7頁\共有45頁\編于星期二\23點2.管內(nèi)流動換熱計算

準則關(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非圓管采用當量直徑de

；如介質(zhì)為空氣時：℃

介質(zhì)為水時：℃

當前第8頁\共有45頁\編于星期二\23點定性溫度：用來確定流體物性的溫度

；當前第9頁\共有45頁\編于星期二\23點溫差修正系數(shù)：它是考慮到流體與壁面間存在較大溫差時，對關(guān)聯(lián)式作的修正。

對氣體被加熱時當氣體被冷卻時對液體液體受熱時m＝0.11

液體受冷時m＝0.25

當前第10頁\共有45頁\編于星期二\23點管長修正系數(shù)：當時，稱之為長管，雖然進口處的h較大，但管較長，可忽略進口段的影響，而對于的短管，就必須予以考慮。

當前第11頁\共有45頁\編于星期二\23點彎管修正系數(shù)：考慮到流體在彎曲管道或螺旋管內(nèi)流動時，在離心力的作用下，形成二次流后，對換熱所起的增強作用。對于氣體：對于液體：當前第12頁\共有45頁\編于星期二\23點5.1.2層流（）

1.流動和換熱分析管內(nèi)層流邊界層的形成和發(fā)展

當前第13頁\共有45頁\編于星期二\23點管內(nèi)局部對流換熱系數(shù)hx沿程變化情況（層流）

當前第14頁\共有45頁\編于星期二\23點2.管內(nèi)流動換熱計算賽德爾——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。

當前第15頁\共有45頁\編于星期二\23點在工程中，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。當前第16頁\共有45頁\編于星期二\23點橢圓管當前第17頁\共有45頁\編于星期二\23點扁管的應(yīng)用——汽車中冷器當前第18頁\共有45頁\編于星期二\23點對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，也就是當量直徑要采用下式進行計算：ab對于扁管：當前第19頁\共有45頁\編于星期二\23點5.2.1縱掠平壁

5.2外掠物體對流換熱時的強迫對流換熱

層流底層當前第20頁\共有45頁\編于星期二\23點定性溫度：邊界層的平均溫度

1.層流準則關(guān)聯(lián)式

定型尺寸：板長l（x）適用條件：（臨界雷諾數(shù)

）當前第21頁\共有45頁\編于星期二\23點

對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，當然這是一個假象的情況，即當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的準則關(guān)聯(lián)式：2.紊流準則關(guān)聯(lián)式

當前第22頁\共有45頁\編于星期二\23點適用條件：3.混合邊界層的準則關(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：當前第23頁\共有45頁\編于星期二\23點適用條件：5.2.2橫掠單管

流體繞流管子這樣的圓柱外表面時，最大的特點就在于邊界層流體壓力沿流動方向?qū)l(fā)生變化，從而導致流體橫掠單管的特殊邊界層流動現(xiàn)象——邊界層分離。當前第24頁\共有45頁\編于星期二\23點1.流動和換熱特點圓柱繞流當前第25頁\共有45頁\編于星期二\23點分離點的位置：邊界層在脫離前就轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲗恿鬟吔鐚赢斍暗?6頁\共有45頁\編于星期二\23點橫掠單管局部對流換熱系數(shù)的變化情況當前第27頁\共有45頁\編于星期二\23點2.準則關(guān)聯(lián)式

定型尺寸：管外徑do定性溫度：邊界層的平均溫度

計算流速：來流流速當前第28頁\共有45頁\編于星期二\23點準則關(guān)聯(lián)式中的系數(shù)C和n當前第29頁\共有45頁\編于星期二\23點5.2.3橫掠管束

橫掠管束實例一——管殼式換熱器當前第30頁\共有45頁\編于星期二\23點管式空氣預熱器空氣高溫煙氣當前第31頁\共有45頁\編于星期二\23點

跟單管相比，橫掠管束時不僅受管徑、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雜多了。

當前第32頁\共有45頁\編于星期二\23點Fluent模擬的溫度場和速度場當前第33頁\共有45頁\編于星期二\23點順排和叉排時的流動現(xiàn)象當前第34頁\共有45頁\編于星期二\23點除排列方式外，管排數(shù)N，管徑、管間距s1、s2都是在分析時所要考慮的因素，這些影響因素在我們推薦的準則關(guān)聯(lián)式中都應(yīng)該有所反映。

準則關(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當前第35頁\共有45頁\編于星期二\23點

計算流速：管間最大流速umax順排：叉排：當前第36頁\共有45頁\編于星期二\23點當前第37頁\共有45頁\編于星期二\23點管翅式換熱器當前第38頁\共有45頁\編于星期二\23點針狀翅片管當前第39頁\共有45頁\編于星期二\23點各種形狀的翅片管當前第40頁\共有45頁\編于星期二\23點5.3自然對流傳熱

1.概述

流動起因：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。當前第41頁\共有45頁\編于星期二\23點流動不均勻的溫度場，不一定引起自然對流。說明：該空腔上熱下冷，存在溫度差，但是沒有自然對流產(chǎn)生。

當前第42頁\共有45頁\編于星期二\23點2.分類

大空間自然對流換熱有限空間自然對流換熱

3.流動和換熱特點

豎壁自然對流換熱示意圖當前第43頁\共有4