对流传热理论与计算5实验关联式与自然对流课件.ppt

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1、5.5管槽内强迫对流传热的实验关联式（1）管槽的含义：流动截面是圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形等（2）本节内容的重要性：——指导工程计算的基础、给出的关联式是工程计算的依据，必须掌握——考试的必考内容说明：15.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述1）表面传热系数沿管长的变化规律管内对流传热速度边界层和热边界层的形成和发展受管内流动空间的限制——入口段——充分发展段湍流入口段长度层流入口段长度25.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述1）表面传热系数沿管长的变化规律管内充分发展对流传热的特点：hx=const——换热充分发展的第一个特征入口段hx沿管长发生变化35.5管内强迫对流传热的实

2、验关联式1概述45.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述55.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述2）管内对流传热的两种典型的热边界条件热边界条件：加热或冷却壁面上的热状况恒热流边界：沿管壁轴向与周向的热流密度均匀，电加热时恒壁温边界：轴向和周向管壁温度均匀不变的条件，采用相变加热或冷却时65.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述壁面处的热边界条件对表面传热系数有影响，取决于管内的流动状态：湍流——热边界条件的影响可忽略不计层流及低Pr数介质——表面传热系数在两种边界条件下的差别是不容忽视的75.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述3）流体截面平均温度沿管长的变化规律换热达到充分发展时，无量

3、纲过余温度沿管长不再发生变化，即换热充分发展的第二个特征85.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述受管壁加热和冷却的影响：（1）流体进、出口温度不同（2）同一截面不同位置处流体温度不同95.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述牛顿冷却公式中流体的温度？tf——截面平均温度（meantemperature）定性温度中的流体温度？105.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述截面平均温度（meantemperature）——根据流体经过某截面时所输运的热量来定义实验测量时需要将流体充分混合——整体温度（bulktemperature）115.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述（a）恒热流边界条件

4、125.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述（b）恒壁温边界条件135.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述Δtm——流体截面平均温度与管壁温度之差沿整个换热面的积分平均值热边界条件不同，取法不同4）管壁和流体间的平均温差牛顿冷却公式计算管内强迫对流传热的总传热量为145.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述恒热流边界：近似取进、出口两端壁面与流体温度差的算术平均值155.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述若热充分发展段足够长，取管出口处壁面与流体间的温度差165.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述恒壁温边界：局部温差沿管长不断变化，采用对数温差175.5管内强迫对流传热的实验关联式1概

5、述当出口截面与进口截面上的温差比用算术平均温差185流动有层流和湍流之分层流：过渡区：旺盛湍流：实验关联式通常是按流态给出的5.5管内强迫对流传热的实验关联式1概述19二管内湍流换热实验关联式1迪贝斯－贝尔特（Dittus－Boelter）公式加热流体时冷却流体时20定性温度采用流体平均温度tf实验验证范围适用于流体与壁面具有中等以下温差场合21中等温差的含义中等温差应视计算的准确程度而定——气体不超过50℃——水不超过20～30℃——油类不超过10℃超过此范围需要进行温差影响修正22截面上温度的不均匀导致速度分布发生畸变（1）大温差下公式的修正液体被加热：壁面附近液体的温度高于管中心部分的

6、液体温度，壁面附近流体粘度下降，液体流速加快、管中心部分液体流速则相对减小23液体受热时液体被冷却时气体被加热时气体被冷却时对液体引入修正系数ct来考虑不均匀物性场对换热的影响24液体受热液体被冷却时气体被加热时气体被冷却时对液体引入修正系数ct来考虑不均匀物性场对换热的影响25（2）入口段效应入口段的传热系数较高26（3）弯管效应弯管强化了换热效果弯管修正系数：对于气体对于液体272齐德－泰特（Sieder－Tate）公式定性温度为流体平均温度tfηw由壁温tw确定实验验证范围为283格尼林斯基（Gnielinski）公式实验验证范围为迄今为止精度最高——90％的实验数据与关联式的最大误差

7、在±20％——大部分在±10％29对非圆形截面槽道，用当量直径作为特征尺度Ac槽道的流动截面积,P为湿周长30三管内层流换热关联式1层流充分发展的对流传热恒壁温条件下：Nuf＝3.66恒热流条件下：Nuf＝4.36适用条件：——层流、充分发展、圆管内、常物性312考虑入口段时的层流对流传热既包含入口段、又包括充分发展段的层流对流传热：定性温度为流体平均温度tf，ηw按壁温Tw确定（1）齐德－泰特（Siede