传热学-第6章3.ppt

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1、第六章单相对流传热的实验关联式1第6章对流换热2第6章对流换热6-1相似原理及量纲分析1问题的提出A实验中应测哪些量（是否所有的物理量都测）B实验数据如何整理（整理成什么样函数关系）(2)实物试验很困难或太昂贵的情况，如何进行试验？相似原理将回答上述三个问题(1)变量太多3第6章对流换热特征数方程：无量纲量之间的函数关系相似原理的研究内容：研究相似物理现象之间的关系，物理现象相似：对于同类的物理现象，在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例。同类物理现象用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描写的现象。物理现象相

2、似的特性(2)各特征数之间存在着函数关系，如常物性流体外略平板对流换热特征数：(1)同名特征数对应相等；4第6章对流换热4物理现象相似的条件同名的已定特征数相等单值性条件相似：初始条件、边界条件、几何条件、物理条件测量哪些物理量：只需测量各特征数所包含的物理量实验数据如何整理：按特征数之间的函数关系整理某一物理现象涉及哪些无量纲数？函数关系如何？如何进行试验：相似原理的指导下采用模化试验5第6章对流换热5无量纲量的获得：相似分析法和量纲分析法相似分析法：在已知物理现象数学描述的基础上，建立两现象之间的一些列比例系数，尺寸相似倍数，并导出

3、这些相似系数之间的关系，从而获得无量纲量。以左图的对流换热为例，现象1：现象2：6第6章对流换热建立相似倍数：相似倍数间的关系：7第6章对流换热获得无量纲量及其关系：类似地：通过动量微分方程可得：能量微分方程：贝克来数8第6章对流换热自然对流：相似分析，可得格拉晓夫数式中：——流体的体积膨胀系数K-1Gr——表征流体浮生力与粘性力的比值9第6章对流换热a基本依据：定理：n个物理量－－n-r个独立的无量纲物理量群间的关系。r指基本量纲的数目。b优点:(a)方法简单；(b)在不知道微分方程的情况下，仍然可以获得无量纲量例题：以圆管内单

4、相强制对流换热为例(a)确定相关的物理量(2)量纲分析法：（自学）10第6章对流换热国际单位制中的7个基本量：长度[m]，质量[kg]，时间[s]，电流[A]，温度[K]，物质的量[mol]，发光强度[cd]因此，上面涉及了4个基本量纲：时间[T]，长度[L]，质量[M]，温度[]r=4(b)确定基本量纲r11第6章对流换热n–r=3，三个无量纲量，选定4个基本物理量u,d,,为基本物理量(c)组成三个无量纲量(d)求解待定指数，以1为例12第6章对流换热13第6章对流换热同理：于是有：单相、强制对流14第6章对流换热同理，

5、对于其他情况：自然对流换热：混合对流换热：Nu—待定特征数（含有待求的h）Re，Pr，Gr—已定特征数强制对流:15第6章对流换热(1)模化试验应遵循的原则a模型与原型中的对流换热过程必须相似；b单值性条件必须相似，已定特征数相等；c物性相似通过引入定性温度来近似实现1如何进行模化试验6-2相似原理的应用16第6章对流换热(a)流体温度：(2)定性温度、特征长度和特征速度a定性温度：相似特征数中所包含的物性参数，如：、、Pr等，往往取决于温度流体沿平板流动换热时：流体在管内流动换热时：(b)热边界层的平均温度：(c)壁面温度：在对流

6、换热特征数关联式中，常用特征数的下标示出定性温度，如：使用特征数关联式时，必须与其定性温度一致17第6章对流换热b特征长度：包含在相似特征数中的几何长度；取对于流动和换热有显著影响的几何尺度不规则槽道：当量直径当量直径(de)Ac——过流断面面积，m2P——湿周，m18第6章对流换热c特征速度：Re数中的流体速度流体外掠平板或绕流圆柱：取来流速度管内流动：取截面上的平均速度流体绕流管束：取最小流通截面的最大速度19第6章对流换热2常见无量纲(准则数)数的物理意义及表达式（ｐ241）20第6章对流换热3实验数据如何整理（整理成什么样函数关

7、系）通常整理成已定准则的幂函数形式：式中，c、n、m等需由实验数据确定，通常由图解法和最小二乘法确定21第6章对流换热22最小二乘法确定各常量特征数关联式与实验数据的偏差用百分数表示幂函数在对数坐标图上是直线22第6章对流换热（1）实验中应测哪些量（是否所有的物理量都测）（2）实验数据如何整理（整理成什么样函数关系）（3）实物试验很困难或太昂贵的情况，如何进行试验？①回答了关于试验的三大问题：②所涉及到的一些概念、性质和判断方法：物理现象相似、同类物理现象、物理现象相似的特性、物理现象相似的条件、已定准则数、待定准则数、定性温度、特征长

8、度和特征速度③无量纲量的获得：相似分析法和量纲分析法相似原理23第6章对流换热自然对流换热：混合对流换热：强制对流:④常见准则数的定义、物理意义和表达式，及其各量的物理意义⑤模化试验应遵循的准则数方程试验数