管内单项对流换热.ppt

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1、王兵刘鹏程管内单相对流换热综述：管内对流换热过程广泛存在于化工、动力、制冷及太阳能热利用等工程技术领域的各种热交换设备中，是一个传热温差和流体流动阻力并存且相互影响的传热过程。1管内对流换热的理论分析边界层理论场协同理论有效能分析脉动分析边界层理论定义：边界层是由于流体的黏滞性，在紧靠其边界壁面附近，流速较势流流速急剧减小，形成的流速梯度很大的薄层流体，又称为流动边界层.对于强制对流，若忽略自然对流的影响，其一般准则数关系式为：Nu=(Re,Pr)在一定范围内，这个关系式可整理成如下形式:Nu=C*Re^m*Pr^n场协同理论针对静

2、止坐标系下的流动换热问题，有学者从二维层流边界层能量方程出发，重新审视了热量输运的物理机制，把对流换热比拟成有内热源的导热过程，并指出热源强度不仅决定于流体的速度和物性，而且取决于流速和热流矢量的协同:流动的存在可能强化换热，也可能并无实质贡献甚至减弱换热，并以二维平板层流边界层问题为例提出了场协同理论，得到了Nu数与温度梯度之间的关系，定义了表征速度场和温度场协同程度的场协同数Fc。场协同理论提出以来，对于其在静止坐标系下的应用研究得到了广泛的关注和发展:把场协同理论的应用从层流拓展到湍流，提出采用多纵向涡强化管内对流换热的场协同

3、强化方法;管内强化对流传热的场协同分析有效能分析定义：有效能指的是动力设备对流体实际做功的那部分能量在管内对流换热中，流体因其不可逆性引起的流动摩擦阻力和温差传热，导致能量贬值，即有效能的损失。当有传热发生时，流体热物性随温度变化而改变，使得速度的分布发生一定程度的改变，速度的变化反作用到流体的传热在流体的热物性中，对温度的变化最为敏感，而在大多数情况下，黏性对传热过程的影响远大于其它物性的影响一般情况下，液体的黏性随温度升高而减小，气体则呈现与液体相反的趋势，使得管内速度分布发生畸变，这必将对流动中的传热和压降特性产生重要影响。在

4、热物性对有效能损失影响的研究中，目前对有效能的研究只是针对层流的情况。师晋生等针对壁面定热流加热的管内对流换热有效能损失进行了研究，分析了黏度等变化的影响。得到了4条适用于层流和紊流的规律性的结论。并得出了适用于层流和湍流的简单关系式，其反应了有效能损失与换热工况、流动状态、管长的关系。随着流体粘性变大，温差传热时管内液体近壁处流速增大，换热系数也增大，在热流不变的条件下，壁面温度与流体平均温度差将减小，实际温差传热有效能损失会减小，由流动引起的有效能损失更会减小。这是因为近壁处液体流阻系数减小，这样总的单位热容有效能损失将减小。脉

5、动分析对管内流动，脉动流体进入管道进口时造成换热系数的影响，直接反映在速度发生周期性变化，以及流体的脉动幅值、频率的变化。通常的研究结果表明脉动流体会起到强化或弱化换热效果，胡玉生等通过数值模拟的方法对管内流体脉动流动的分析。取内径为8mm、长度为2m的圆管，流动状态为层流，管壁采用恒壁温加热方式，管子进口处的速度变化为正弦周期性变化。假设（1）流体为不可压缩流体，物性为常数；（2）忽略重力的影响；（3）所有界面和接触表面不变形，液-固接触面为无滑移边界；（4）管子周向上的速度、温度和压力等的变化可略而不计（即简化成二维问题）。只取

6、圆管轴心上面一侧作为研究对象，则将问题简化为二维、非稳态、常物性、轴对称层流流动与换热问题。结果表明阻力比无脉动时大，并且在流场中有与主流区流动方向相反的流动现象，当无因次振幅不变的情况下，换热强化比随频率的增大逐渐增大，在低频率时变化较为明显，在高频率时变化不明显，但是频率较高时能够强化换热，而在频率较低时则会有弱化换热的情况，同样，当频率不变的情况下，换热强化比是随着无因次振幅的增大先是逐渐下降然后逐渐增大，在无因次振幅较低时，会弱化换热，并且振幅的影响不是很明显，相反，振幅对换热效果的影响十分显著，并且随着振幅的增大，换热效果

7、逐渐增大，因为脉动时阻力比无脉动时大，而且在流场中有与主流区流动方向相反流动现象，这是造成流体强化或弱化换热的原因。2.对流换热系数的实验测定稳态法瞬态法组合曲线回归法稳态法对流换热系数的定义是热流除以温差，所以要获得热流，一种是用热流传感器，直接测量表面的热流，温差通过热电偶测量，可以求出对流换热系数；另一种是通过求解固体的稳态导热方程，得到壁面热流，再进行温差测量，得到对流换热系数。瞬态法利用周期变化的流体温度在固体壁内的传播特性确定对流换热系数的原理,即根据流体与固体温度变化之间的相位角滞后(或振幅衰减)确定对流换热系数.拟合

8、曲线回归法针对螺旋扁管壁面温度难于准确测试的特点，可以采用线性曲线回归与非线性曲线回归相结合的方法进行管内传热系数计算，组合曲线回归法可避免壁温测量过程产生的误差，提高测试结果的准确度。3.管内对流换热的实验研究（强化换热）缩放管强化