传热学第五章 对流换热计算ppt课件.ppt

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1、第五章对流换热计算§5-1管(槽)内流体受迫对流换热计算§5-2流体外掠物体的对流换热计算§5-3自然对流换热计算8/8/20211§5-1管(槽)内流体受迫对流换热计算1管(槽)内流动换热的特点流动存在着两个明显的流动区段，即流动进口（或发展）区段和流动充分发展区段8/8/20212进口区：流动和热边界层从零开始增长，直到汇合至管子中心线。管子进口到边界层汇合处的这段管长内的流动称为管内流动进口区充分发展区：边界层汇合于管子中心线以后的区域，即进入定型流动的区域。8/8/20213充分发展段为层流流动为什么平均换热系数比局部换热系数高？入口段的边界层厚度较薄，传热

2、阻力小，表面传热系数大（即，对流换热强）8/8/20214充分发展段为湍流流动为什么会出现两个拐点？8/8/20215管内流动状态的判别8/8/20216热进口段随着流动从层流变为紊流，热边界层亦有层流和紊流热边界层之分。8/8/20217流动进口段热进口段长度：进口段长度8/8/20218热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种。对于管壁热流为常数时，流体温度随流动方向线性变化，且与管壁之间的温差保持不变，有xt入口段充分发展段tftw恒热流时t=C管内流体截面上的平均温度流体进口平均温度8/8/20219xttw=Ctf恒壁温时当管壁温度为常数时，流体的温度随流动方

3、向按如下指数规律变化利用在整个管长内的流动换热平衡关系式可得出计算表面传热系数的平均温差表达式8/8/202110其中，tf',tf''分别为出口、进口截面上的平均温度。当进口与出口截面上的温差比(tw-tf'')/(tw-tf')在0.5~2之间时，可按如下算术平均温差计算，结果的差别在4%以内。8/8/202111附：推导过程对于管壁热流为常数时，取微元体dxxt入口段充分发展段tftw恒热流时t=C材料学院8/8/202112xttw=Ctf恒壁温时当管壁温度为常数时，取微元体dx8/8/2021132管内强制对流换热的准则关系式①管内紊流换热准则关系式迪图

4、斯-贝尔特（Dittus-Boelter）公式特征尺寸为d，特征流速为um，流体物性量采用的定性温度是为流体的平均温度；流体被加热n=0.4，流体被冷却n=0.3。8/8/202114适用范围：①Ref=1041.2×105,Prf=0.7120；②l/d60，此时入口段的影响可忽略不计；③温差tw-tf较小，所谓小温差是指:对于气体≤50℃；对于水≤20~30℃;对于油类流体≤10℃。④对恒壁温和恒热流边界条件均适用；⑤不适用于Pr数很小的液态金属。8/8/202115①大温差（变物性）的修正当流体与管壁之间的温差较大时，因管截面上流体温度变化比较大，流体的

5、物性受温度的影响会发生改变，尤其是流体黏性随温度的变化导致管截面上流体速度的分布也发生改变，进而影响流体与管壁之间的热量传递和交换。液体被加热或气体被冷却液体被冷却或气体被加热恒定温度的情况管内流动温度对速度分布的影响示意图应用范围的扩大8/8/202116水的动力粘度与温度（℃）之间的关系8/8/202117大温差情况下计算换热时准则式右边要乘以物性修正项。为什么气体和液体的修正方式不一样？8/8/202118弯曲管道流动情况示意图②螺旋管或弯管弯曲的管道中流动的流体，在弯曲处由于离心力的作用会形成垂直于流动方向的二次流动，从而加强流体的扰动，带来换热的增强。8

6、/8/202119在平直管计算结果的基础上乘以一个大于1的修正系数CR。R为弯曲管的曲率半径.8/8/202120③短管当管子的长径比l/d<60时，属于短管内流动换热，进口段的影响不能忽视。此时亦应在按照长管计算出结果的基础上乘以相应的修正系数Cl。图5-5显示了不同的入口条件对入口段局部表面传热系数的影响。8/8/202121②管内层流换热准则关系式适用范围：Re<2200，Pr>0.6，RePrd/L>10,用于平直管。特征尺寸、特征流速和定性温度与管内紊流换热准则关系式相同。由于层流时流体的进口段比较长，因而管长的影响通常直接从计算公式中体现出来。Siede

7、r-Tate公式：8/8/202122③管内过渡流区换热准则关系式气体:液体:8/8/202123例1空气以2m/s的速度在内径为10mm的管内流动，入口处空气的温度为20℃，管壁温度为120℃，试确定将空气加热至60℃所需管子的长度。[解]定性温度为tf=(20+60)/2=40℃，查出空气的物性参数为：=1.128kg/m3，Cp=1.005kJ/kg℃，=2.7610-2W/m℃，f=19.110-6kg/ms，Pr=0.699。而当tw=120℃时，查得w=22.810-6kg/ms。雷诺数Re=1.18103<2200，为层流。