传热学课件第6章.ppt

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1、第六章单相对流传热的实验关联式本章重点内容重点内容：（1）相似原理及其应用；（2）无相变换热的对流换热机理；（3）无相变换热的表面传热系数及换热量的计算。掌握内容：无相变换热的表面传热系数及换热量的计算。了解内容：射流冲击换热。作业6-1，6-7，6-8，6-17，6-19，6-27，6-35，6-44，6-61，6-706.1相似原理及量纲分析试验遇到的问题: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，如何进行试验？(1)变量太多相似原理的研究内容：特征数方程物理现象相似：对于同类现象，在相

2、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现象：用相同形式和内容的微分方程所描写现象3物理现象相似的特性（1）同名特征数对应相等（2）各特征数之间存在着一定的函数关系研究相似物理现象之间的关系6.1相似原理及量纲分析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单值性条件：边界条件几何条件物理条件6.1相似原理及量纲分析5无量纲量的获得：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，并导出这些相似系数之间的关系，从而获得无量纲量。现象1：现象2：数学描述：相似分析法和量纲分析法6.1相似原理及量纲

3、分析建立相似倍数：相似倍数间的关系：6.1相似原理及量纲分析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6.1相似原理及量纲分析自然对流换热：式中：——流体的体积膨胀系数K-1Gr——表征流体浮升力与粘性力的比值(2)量纲分析法：在已知表面传热系数影响因素的前提下，采用量纲分析获得无量纲量6.1相似原理及量纲分析a基本依据：定理，即一个表示n个物理量间关系的量纲一致的方程式，一定可以转换为包含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c例题：以圆管内

4、单相强制对流换热为例(a)确定相关的物理量(b)确定基本量纲r6.1相似原理及量纲分析国际单位制中的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]4个基本量纲：时间[T]，长度[L]，质量[M]，温度[]r=46.1相似原理及量纲分析n–r=3，即应该有三个无量纲量，因此，必须选定4个基本物理量，以与其它量组成三个无量纲量。选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6.1相似原理及量纲分析6.1相似原理及量纲分析同理：于是有：单相、强制对流6.1相似原理及量纲分析同理

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—已定特征数按上述关联式整理实验数据，得到实用关联式解决了实验中实验数据如何整理的问题强制对流:6.1相似原理及量纲分析实验中只需测量各特征数所包含的物理量,避免了测量的盲目性——解决了实验中测量哪些物理量的问题按特征数之间的函数关系整理实验数据，得到实用关联式——解决了实验中实验数据如何整理的问题在相似原理的指导下采用模化试验——解决了实物试验很困难或太昂贵的情况下，如何进行试验的问题6.1相似原理及量纲分析2常见无量纲(准则数)数的物理意义及表达式6.1相似原理及量纲分析6.2相

6、似原理的应用(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；要满足上述判别相似的条件b实验时改变条件，测量与现象有关的、相似特征数中所包含的全部物理量，因而可以得到几组有关的相似特征数c利用这几组有关的相似特征数，经过综合得到特征数间的函数关联式1指导模化试验(a)流体温度：(2)定性温度、特征长度和特征速度a定性温度：确定物性的温度即定性温度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：使用特征数关联式时，必须与其定性温度一致6.2相似原理的应用b特征长度：包含在相似特征数中的几何长度；应取对于流动和换热有显著影响的几何尺度如：管内流动换

7、热：取直径d流体在流通截面形状不规则的槽道中流动：取当量直径作为特征尺度：当量直径(de)：过流断面面积的四倍与湿周之比Ac——过流断面面积，m2P——湿周，m6.2相似原理的应用c特征速度：Re数中的流速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6.2相似原理的应用3实验数据如何整理（整理成什么样函数关系）特征关联式的具体函数形式、定性温度、特征长度等的确定具有一定的经验性目的：完满表达实验数据的规律性、便于应用，特征数关联式通常整理成已定准则的幂函数形式