传热学第七章

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1、7.单相流体对流换热及其实验关联式7.1知识结构1.实验关联式应用条件：适用范围，定性温度，特征尺度，特征流速，修正系数（入口、弯道、特性）。2.常用实验关联式：管内强制对流（紊流、层流及过渡流）（非圆形管道的当量直径计算）；外掠（平板、单管、管束）强制对流；自然对流（大空间、有限空间）。7.2重点内容剖析由于对流换热问题的复杂性，大多数工程问题不能依靠分析解，而是依靠相似理论指导下的实验解。在应用实验关联式（准则方程）时要注意以下几个方面：（1）实验范围（已定准则范围）内的相似现象一般不能外推；（2）注意关联式所

2、规定的定性温度、特征尺度、特征流速；（3）正确选用各种修正系数(物性，入口，弯管……)7.2.1强制对流换热及其实验关联式一、管槽内强制对流换热特征1．流动状态Re：0230010000层流过渡流湍流2．速度分布温度对流速分布的影响是通过粘性作用的。液体粘性随温度升高而降低，气体粘性随温度升高而增加。相同切应力作用下，粘度越大，速度在壁面法线方向的变化率越小。3．典型边界条件恒热流：边界处热流密度恒定不变，如电加热器。恒壁温：边界处温度恒定不变，如冷凝器。湍流时（除液态金属外）两种边界条件对传热系数的影响可忽略不计

3、，但对层流和低Pr介质，两种边界条件下传热系数的差别不容忽视。4．原则性准则方程(7-1)5．入口效应：入口段：从入口至流动边界层在管道中心汇合处。层流入口段长径比(比湍流大)：湍流入口段长径比：充分发展段：流动边界汇合处下游。入口效应：由于入口段边界层较薄，平均表面传热系数比充分发展段大，入口段有强化传热的作用。(短管强化传热)6．努塞尔特准则的物性修正系数：(温度场不均匀®物性场不均匀)117下标：f——流体温度下参数w——壁面温度下参数二、管内湍流换热实验关联式(7-2)加热液体时：n=0.4冷却液体时：n=

4、0.3定性温度：流体平均温度（管道进出口平均温度）特性尺度：管道内径(由关联式分析可知：h~d-0.2→小管强化传热)适用范围：Ref=104~1.2´105，Prf=0.7~120，l/d>60，对于短管或弯管：乘以相应修正系数对于非圆形管道：用当量直径代替管道直径气体：不超过50℃传热温差水：不超过30℃油：不超过10℃温差超出范围时，参考文献[1]P165有推荐公式和使用条件注：①非圆形管道(当量直径)：(7-3)A——流动截面积U——湿周长②入口效应修正系数（l/d<60）(7-4)③弯管修正（二次环流强化

5、传热）(弯管强化传热)对于气体(7-5)R为弯道半径（曲率半径）对于液体(7-6)三、管内层流换热实验关联式(层流充分发展段)对于恒热流边界条件：对于恒壁温边界条件：(对于非圆形管道参见参考文献[1]P168~169表5-3、4)管内层流换热实验关联式的应用要注意以下几点：(1)对于同一截面形状的通道，恒热流Nu>恒壁温Nu(2)等截面直通道内的层流充分发展段Nu与Re无关(自模化)(3)对于层流，当量直径只是一几何参数，不能用它来统一不同截面通道的换热和阻力计算表达式。四、外掠单管换热实验关联式1171.脱体流：

6、外掠流体边界层脱离绕流壁面的流动。(参见参考文献[1]图5-21)2.局部表面传热系数：由于绕流流体在圆周方向的流动状态和流动边界层的变化，表面传热系数也发生较大变化(参见参考文献[1]图5-22)，圆周方向某一角度的换热系数称为局部表面传热系数。3.平均表面传热系数(应用于工程计算)：局部表面传热系数在圆周方向上的平均值。4.实验关联式（空气、烟气、气液通用）(7-7)C，n查参考文献[1]表5-5（P173）定性温度：壁温与来流温度平均值特征流速：来流速度u¥特征尺度：管外径温度范围：t¥=15.5~982℃，

7、tw=21~1046℃五、外掠管束换热实验关联式(如：换热器、锅炉排管、暖风器)1．管排形式(参见参考文献[1]图5-24)顺排：在流体流动方向上对齐排管，流动阻力较小。叉排：在流体流动方向上交叉排管，流动阻力大，换热效果好。2．实验关联式Nu=CRem(7-8)C，m查参考文献[1]表5-7（P176）（适用于气体）定性温度：（tf为流体进出口平均温度）特征流速：最窄截面处流速特征尺度：管外径适用范围：Ref=2000~40000低于10排时，管排修正系数（查参考文献[1]表5-8，P176）更广Pr、Re范围的

8、关联式参见参考文献[1]P177。六、横掠平板对流换热实验关联式1.横掠平板强制对流流动状态：Re：0200000500000层流过渡流湍流2.横掠平板层流换热实验关联式（7-9）定性温度：壁温与来流温度平均值特征流速：来流速度u¥特征尺度：板长L（流体流动方向）适用范围：ReL<2´1051171.板末端湍流换热实验关联式：(7-10)7.2.2自然对流换