管内受迫对流换热课件.ppt

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1、HeatTransfer传热学建筑环境与设备工程专业主干课程之一!§6单相对流换热建筑环境与设备工程专业主干课程之一!Chapter6TheHeatTransferofSingle-phaseConvection1、式（1）与导热问题的第三类边界条件式（2）有什么区别？（1）（2）HeatTransfer（1）（2）式（1）中的h是未知量，而式（2）中的h是作为已知的边界条件给出，此外（2）中的为固体导热系数而此式为流体导热系数。HeatTransfer2、由对流换热微分方程知，该式中没有出现流速

2、，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。试判断这种说法的正确性?HeatTransfer这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。HeatTransfer3、对流换热边界层微分方程组是否适用于粘性很大的油和Pr数很小的液体金属？为什么？HeatTransfer解：对于粘度很大的油类，Re数很低，速度边界层厚度与x为同一数量级，因而动量微分方程中与为同一量级，不

3、可忽略，且此时由于δx~x速度u和v为同一量级，y方向的动量微分方程不能忽略。对于液态金属，Pr很小，速度边界层厚度与温度边界层厚度相比，速度边界层厚度远远小于温度边界厚度，在边界层内，因而能量方程中不可忽略。因此，对流换热边界层微分方程组不适用于粘度大的油和Pr数很小的液态金属。HeatTransfer§6-1管内受迫对流换热学习对流换热的目的：会计算表面传热系数h,解决工程实际问题。各类热力管道（热水及蒸汽管道等）、换热器……一、定性分析（基本概念）1.进口段与充分发展段1>.流动进口段：从管

4、口开始到流动状志定型之间的距离。此时：u=f（x,r）流动充分发展段：进口段后，流态定型，流动已得到充分发展。此时：r=0；u/x=0，但u/y≠0。HeatTransfer充分发展段的流态判断：2>.对于换热状态热进口段：与流动边界层相类似，自管口开始经一段距离后，热边界层闭合，换热状态达到定型的这段距离。热充分发展段：热进口段后，换热状态定型，已经得到充分发展，故称为～。热充分发展段后，因流体不断换热，流体断面平均温度tf随x是不断变化的，但分析证明，无因次温度（tw-t）/（tw-

5、tf）将保持不变，即：由于无因次温度不随x发生变化，仅是r的函数，故对无因次温度求导后再令r=R，则上式显然应等于一常数。又据傅里叶定律：q=-（t/r）r=R及牛顿冷却公式：q=h（tw-tf），上式变为：将上述无因次温度对r求导后且令r=R时有：上式表明：常物性流体在热充分发展段换热系数h保持不变。这是热充分发展段的重要特性。流动进口段与热进口段的长度不一定相等，这取决于Pr。(1)当Pr＞1时，流动进口段比热进口段短。(2)当Pr＜l时，情形正相反。(3)热进口段长度L（紊流：L/d≈

6、10-45）：层流：在常壁温条件下L/d≈0.05RePr；在常热流条件下L/d≈0.07RePr。(4)在Pr＝1情况下，当流动达到充分发展时，换热也进入热充分发展段。在进口处，边界层最薄，hx具有最高值，随后降低。在层流情况下，hx趋于不变值的距离较长。在紊流情况下，当边界层转变为紊流后，hx将有一些回升，并迅速趋于不变值。HeatTransfer2.热边界层与换热特征分析(5)入口段的热边界层薄，表面传热系数高。因此，注意在选择准则方程计算时要注意该方程适用的管长条件。HeatTransfe

7、r层流湍流2.热边界层与换热特征分析1.特征速度及定性温度特征速度：计算Re数时用到的流速，一般多取截面平均流速。定性温度：计算物性的定性温度多为截面上流体的平均温度（或进出口截面平均温度）。在用实验方法测定了同一截面上的速度及温度分布后，采用下式确定该截面上流体的平均温度：HeatTransfer（二）管流平均温度换热平均温差另外，不同断面具有不同的tf值，即tf随x变化，变化规律与边界条件有关。2.热边界条件：均匀壁温（常壁温）与均匀热流（常热流）。HeatTransfer（二）管流平均温度换

8、热平均温差*【湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计。层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。】**利用以上两个式子沿管长积分，即可求得全管长流体的平均温度。管内流体平均温度①常热流边界条件：如图，此时：tw>tf经分析：充分发展段后：tf呈线性规律变化tw也呈线性规律变化此时，管内流体的平均温度进口段充分发展段txtw/tf/tw//tf//其中：tf/、tf//分别为进出口断面流体的平均温度。为方便起见，一般仍将全管流体的平均温度记作tf。（二）管流平均温度换热平均温差管内流