傳熱學 第五章 單相流體對流換熱準則關聯(lián)式

傳熱學

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主講教師：潘振華Email:lstpzh@學習內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關聯(lián)式第六章熱輻射基本定律第七章輻射換熱計算傳熱學

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主講教師：張彭崗聯(lián)系電話mail:zhangpg@學習內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關聯(lián)式第六章熱輻射基本定律第七章輻射換熱計算第五章對流換熱準則關聯(lián)式5.1

管內強迫對流換熱

5.2

外掠物體時的強迫對流換熱5.3自然對流傳熱

5.1.1湍流（）

5.1管內強迫對流換熱

1.流動和換熱分析分類：換熱分析

：管內局部對流換熱系數hx沿程變化情況（湍流）

2.管內流動換熱計算

準則關聯(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：管內徑d

非圓管采用當量直徑de

；如介質為空氣時：℃

介質為水時：℃

定性溫度：用來確定流體物性的溫度

；溫差修正系數：它是考慮到流體與壁面間存在較大溫差時，對關聯(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

管長修正系數：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。

彎管修正系數：考慮到流體在彎曲管道或螺旋管內流動時，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：5.1.2層流（）

1.流動和換熱分析管內層流邊界層的形成和發(fā)展

管內局部對流換熱系數hx沿程變化情況（層流）

2.管內流動換熱計算賽德爾——塔特關聯(lián)式：定型尺寸：管內徑d

適用條件：定性溫度：流體的算術平均溫度。

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用。橢圓管扁管的應用——汽車中冷器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：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

層流底層定性溫度：邊界層的平均溫度

1.層流準則關聯(lián)式

定型尺寸：板長l

（x）適用條件：（臨界雷諾數

）

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的準則關聯(lián)式：2.紊流準則關聯(lián)式

適用條件：3.混合邊界層的準則關聯(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：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將發(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。1.流動和換熱特點圓柱繞流分離點的位置：邊界層在脫離前就轉變?yōu)槲闪鲗恿鬟吔鐚訖M掠單管局部對流換熱系數的變化情況2.準則關聯(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：來流流速準則關聯(lián)式中的系數C和n5.2.3橫掠管束

橫掠管束實例一——管殼式換熱器管式空氣預熱器空氣高溫煙氣

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。

Fluent模擬的溫度場和速度場順排和叉排時的流動現(xiàn)象除排列方式外，管排數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聯(lián)式中都應該有所反映。

準則關聯(lián)式：

適用條件：定性溫度：流體的算術平均溫度

；定型尺寸：管外徑do

計算流速：管間最大流速umax順排：叉排：管翅式換熱器針狀翅片管各種形狀的翅片管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，并在重力下產生浮升力。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生。

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4.大空間自然對流換熱特征關聯(lián)式

恒壁溫：式中：Gr

稱為格拉曉夫數，其表達式為：適用條件：恒壁溫條件

定性溫度：流體的算術平均溫度

定型尺寸：豎壁高度l常見自然對流換熱的定性尺寸和C、n恒熱流：

工程上有時會遇到自然對流傳熱表面熱流密度為常數的情況，如電子元器件表面的自然對流冷卻。有限空間自然對流例1：溫度tf2=900℃的煙氣以u＝10m/s的速度外掠單管，圓管外徑d2＝38mm，內徑d1＝32mm，鋼材導熱系數λ=50W/(m.K)

。管外壁溫tw

=300℃，管內是水，水溫tf1=200

℃，管內壁與水的表面換熱系數h1=2300W/(m2.K)