传热学第六章6-3.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 对流换热,*,6-3,内部流动强制对流换热实验关联式,管槽内强制对流流动和换热的特征,1.,流动有层流和湍流之分,层流：,过渡区：,旺盛湍流：,1,第五章 对流换热,2.,入口段的热边界层薄，表面传热系数高。,层流入口段长度,:,湍流时,:,层流,湍流,2,第五章 对流换热,3.,热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种,。,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。,3,第五章 对流换热,4.,特征速度及定性温度的确定,特征速度,一般多取截面平均流速。,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）。,5.,牛顿冷却公式中的平均温差,对,恒热流,条件，可取 作为 。,对于,恒壁温,条件，截面上的局部温差是个变值，应利用热平衡式：,4,第五章 对流换热,式中，为质量流量；分别为出口、进口截面上,的平均温度；按对数平均温差计算：,5,第五章 对流换热,二,.,管内湍流换热实验关联式,实用上使用最广的是迪贝斯贝尔特公式：,加热流体时 ，,冷却流体时 。,式中,:,定性温度采用流体平均温度 ，特征长度为,管内径。,实验验证范围：,此式适用与流体与壁面具有中等以下温差场合,。,6,第五章 对流换热,实际上来说，截面上的温度并不均匀，导致速度分布发生畸变。,一般在关联式中引进乘数,来考虑不均匀物性场对换热的影响。,7,第五章 对流换热,大温差情形，可采用下列任何一式计算。,（,1,）迪贝斯贝尔特修正公式,对气体被加热时，,当气体被冷却时，,对液体,液体受热时,液体被冷却时,8,第五章 对流换热,（,2,）采用齐德泰特公式：,定性温度为流体平均温度 （按壁温 确,定），管内径为特征长度。,实验验证范围为：,9,第五章 对流换热,（,3,）采用米海耶夫公式：,定性温度为流体平均温度 ，管内径为特征长度。,实验验证范围为：,10,第五章 对流换热,上述准则方程的应用范围可进一步扩大。,（,1,）非圆形截面槽道,用当量直径作为特征尺度应用到上述准则方程中去。,式中：为槽道的流动截面积；,P,为湿周长。,注：对截面上出现尖角的流动区域，采用当量直径的,方法会导致较大的误差。,11,第五章 对流换热,（,3,）螺线管,螺线管,强化了换热。对此有螺线,管修正系数：,对于气体,对于液体,（,2,）入口段,入口段的传热系数较高。对于通常的工业设备中的尖角入,口，有以下入口效应修正系数：,12,第五章 对流换热,以上所有方程仅适用于 的气体或液体。,对 数很小的液态金属，换热规律完全不同。,推荐光滑圆管内充分发展湍流换热的准则式：,均匀热流边界,实验验证范围：,均匀壁温边界,实验验证范围：,特征长度为内径，定性温度为流体平均温度。,13,第五章 对流换热,三,.,管内层流换热关联式,层流充分发展对流换热的结果很多。,14,第五章 对流换热,续表,15,第五章 对流换热,16,第五章 对流换热,定性温度为流体平均温度 （按壁温,确定），管内径为特征长度，管子处于均匀壁温。,实验验证范围为：,实际工程换热设备中，层流时的换热常常处于入口段的范围。可采用下列齐德泰特公式。,17,第五章 对流换热,6-4,外部流动强制对流换热实验关联式,外部流动：,换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发,展，不会受到邻近壁面存在的限制。,一,.,横掠单管换热实验关联式,横掠单管：,流体沿着,垂直于管子轴线的方,向流过管子表面。流,动具有边界层特征，,还会发生绕流脱体。,18,第五章 对流换热,边界层的成长和脱体决了外掠圆管换热的特征。,19,第五章 对流换热,虽然局部表面传热系数变化比较复杂，但从平均表面换热系数看，渐变规律性很明显。,20,第五章 对流换热,可,采用以下分段幂次关联式：,式中：,C,及,n,的值见下表；定性温度为,特征长度为管外径；数的特征速度为来流速度,实验验证范围：,，,。,21,第五章 对流换热,对于气体横掠非圆形截面的柱体或管道的对流换热也可采用上式。,注：,指数,C,及,n,值见下表，表中示出的几何尺寸,是计算 数及 数时用的特征长度。,22,第五章 对流换热,上述公式对于实验数据一般需要分段整理。,邱吉尔与朋斯登对流体横向外掠单管提出了以下在整个实验范围内都能适用的准则式。,式中：定性温度为,适用于 的情形。,23,第五章 对流换热,二,.,横掠管束换热实验关联式,外掠管束在换热器中最为常见。,通常管子有,叉排,和,顺排,两种排列方式。叉排换热强、阻力损失大并难于清洗。,影响管束换热的因素除 数外，还有：叉排或顺排；管间距；管束排数等。,24,第五章 对流换热,气体横掠,10,排以上管束的实验关联式为,式中：定性温度为 特征长度为管外径,d,，,数中的流速采用整个管束中最窄截面处的流速。,实验验证范围：,C,和,m,的值见下表。,后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面传热系数的影响直到,10,排以上的管子才能消失。,这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用,管束排数,的因素作为修正系数。,25,第五章 对流换热,26,第五章 对流换热,对于排数,少于,10,排,的管束，平均表面传热系数可在上式的基础上乘以管排修正系数 。,的值引列在下表。,27,第五章 对流换热,茹卡乌斯卡斯对流体外掠管束换热总结出一套在很,宽的 数变化范围内更便于使用的公式。,式中：定性温度为进出口流体平均流速；按管,束的平均壁温确定；数中的流速取管束,中最小截面的平均流速；特征长度为管子外,径。,实验验证范围：,28,第五章 对流换热,29,第五章 对流换热,