《内部强制对流PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《内部强制对流PPT课件（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6.3 内部强制对流传热的实验关联式6.4 外部强制对流传热外部流动强制对流换热实验关联式外部流动强制对流换热实验关联式外部流动强制对流换热实验关联式外部流动强制对流换热实验关联式1 1 横掠单管换热实验关联式横掠单管换热实验关联式(1)横掠单管的定义：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过管横掠单管的定义：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过管子表面子表面(2)特性：除了边界层外，还会产生绕流脱体，从而产生回流、特性：除了边界层外，还会产生绕流脱体，从而产生回流、漩流和涡束漩流和涡束外部流动外部流动：换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发展，：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
2、壁面存在的限制。不会受到邻近壁面存在的限制。(3) 脱体的位置：取决于Re，即：(4) 外掠单管的当地对流换热系数的变化影影响响外外部部流流动动换换热热的的因因素素，除除了了以以前前各各项项外外，还还要要考考虑虑绕绕流流脱体的发生位置脱体的发生位置(5) (5) 圆管表面平均表面传热系数关联式圆管表面平均表面传热系数关联式式中，C和n的值见表65(圆管)和表66(非圆形截面)，定性温度为边界层内的平均温度 tm特征长度为管外径；Re中的特征速度为通道来流速度流体外掠圆球流体外掠圆球定性温度为来流温度特征长度为球体直径Re中的特征速度为通道来流速度在75度的烘箱中固化直径10mm的紫铜球上的装饰
3、用塑料薄膜。从烘箱中取出后，该球处于温度为23度，速度为10m/s空气流中。估算球冷却到35度所需时间。2 2 横掠管束换热实验关联式横掠管束换热实验关联式影响横掠管束对流换热的因素：Re, Pr,叉排和顺排, 管间距(s1 和s2)；管排数主流方向的管排数达到一定数目后，平均表面传热系数与管排数无关研究思路：首先研究16排以上管束的对流换热系数，然后加入修正系数对之进行修正定性温度为管束进、出口流体平均温度特征长度为管子外径Re中的特征速度为管束最小截面处的流速外掠顺排管束最大速度计算外掠叉排管束最大速度计算管槽内强迫对流流动与换热的特点管槽内强迫对流流动与换热的特点（1 1）入口段和充分发
4、展段）入口段和充分发展段管内流动局部表面传热系数管内流动局部表面传热系数hx的变化的变化 (1)层层流流;(2)湍流湍流常物性流体在热充分发展段的表面传热系数不变常物性流体在热充分发展段的表面传热系数不变先求充分发展段的关联式，然后再引入入口效应的修正先求充分发展段的关联式，然后再引入入口效应的修正（2 2）管内流体的平均速度及平均温度）管内流体的平均速度及平均温度V V 体积流量体积流量由于换热，管由于换热，管断面平均温度断面平均温度不断变化不断变化均匀热流下流体平均温度与壁面温度沿程变化均匀热流下流体平均温度与壁面温度沿程变化全管长流体与管壁间全管长流体与管壁间的平均温度差的平均温度差均匀
5、壁温下流体平均温度与壁面温度沿程变化均匀壁温下流体平均温度与壁面温度沿程变化全管长流体与管壁间全管长流体与管壁间的平均温度差的平均温度差温差沿管长按对数曲线变化温差沿管长按对数曲线变化当流体进口截面与出口截面的温差比在当流体进口截面与出口截面的温差比在2 2之间时，可用之间时，可用算术平均温差代替对数平均温差。差别小于算术平均温差代替对数平均温差。差别小于4%4%。2 2 管内湍流强制对流传热关联式管内湍流强制对流传热关联式（1 1）迪图斯）迪图斯- -贝尔特（贝尔特（Dittus-BoelterDittus-Boelter）关联式：）关联式：适用的参数范围：适用的参数范围：定性温度定性温度t
6、 tf f：进出口截面流体平均温度的算术平均值；进出口截面流体平均温度的算术平均值；特征长度：特征长度：管内径管内径d d评价：由于评价：由于没有考虑物性没有考虑物性的影响，误差大；的影响，误差大；适用于壁面与流体温差不很大适用于壁面与流体温差不很大( (中等以下中等以下) )非圆形截面的槽道，采用当量直径de作为特征尺度1 1）当温度超过以上推荐值时，则可以采用下面任一个公式计算）当温度超过以上推荐值时，则可以采用下面任一个公式计算1给迪图斯-贝尔特关联式加一个修正系数 ct(a) 气体被加热时：(b) 气体被冷却时：(c) 液体：式中 分别是按流体平均温度及壁面温度下的动力粘度2 2）入口
7、效应入口效应入口段的入口段的 h h 比充分发展段的比充分发展段的 h h 大大通常计算平均表面传热系数的经验公式由通常计算平均表面传热系数的经验公式由L/d 60L/d 60的长管实验数据综合得到的的长管实验数据综合得到的对于对于L/d 60L/d 层流底层厚度层流底层厚度 时时: : 换热增强换热增强层流层流：影响不大：影响不大粗糙度粗糙度 层流底层厚度层流底层厚度 时时: : 影响不大影响不大有时利用粗糙表面强化有时利用粗糙表面强化换热换热强化表面强化表面4 4 管内层流强制对流传热关联式管内层流强制对流传热关联式层流换热的发展已经比较充分，并总结了如下结论：(1)层流对流换热中需要考虑
8、热边界条件的影响(2)对于等截面直通道，充分发展段的Nu与Re和Pr无关(3)层流中当量直径仅是一个参数，不用它来统一不同截面通道的换热计算的表达式(4)表6264分别给出了管槽内和环形空间内的层流充分发展段的Nu(5)工程换热设备中，层流换热常处于入口段范围，此时，推荐采用下面的齐德泰特的实验关联式计算平均Nu定性温度：流体平均温度 tf特征长度：管内径d管子处于均匀壁温适用的适用的参数参数范范围围：某厂燃气某厂燃气空气加热器，已知管内径，每根空气加热器，已知管内径，每根管内空气质量流量，管长，空气进口温度管内空气质量流量，管长，空气进口温度tf=30，壁温保持，壁温保持tw=250tw=2
9、50，计算该管内表面，计算该管内表面传热系数。传热系数。查空气物性参数液态金属在圆管内流动，在特定轴向位置液态金属在圆管内流动，在特定轴向位置处，其速度和温度分布可分别近似看成均处，其速度和温度分布可分别近似看成均匀的和抛物线形的。即匀的和抛物线形的。即u(r)=c1u(r)=c1，t(r)-t(r)-ts=c21-(r/R)2ts=c21-(r/R)2，式中，式中，c1c1、c2c2分别为分别为常数。该位置处的常数。该位置处的NuNu为多少？为多少？在一个系统中，使水通过内径和外径分别为在一个系统中，使水通过内径和外径分别为20mm20mm和和40mm40mm的厚壁管，把它从进口温度的厚壁管
10、，把它从进口温度2020加热到出加热到出口温度口温度6060。管的外壁面绝热，壁面内的电加热。管的外壁面绝热，壁面内的电加热器提供均匀的产热速率器提供均匀的产热速率10106 6W/mW/m3 3。1 1）水的质量流量为时，为获得所要的出口温度，）水的质量流量为时，为获得所要的出口温度，管子应多长？管子应多长？2 2）若管子出口处的内表面温度为）若管子出口处的内表面温度为7070，出口处的，出口处的局部对流换热系数多大？局部对流换热系数多大？管壁内的均匀产热提供了均匀的表面热流密度管壁内的均匀产热提供了均匀的表面热流密度蒸汽在直径蒸汽在直径50mm50mm，长为，长为6m6m的薄壁圆管的外表的薄壁圆管的外表面凝结，使得管表面处于均匀温度面凝结，使得管表面处于均匀温度100100。水以质量流量通过管子，进出口温度分别为水以质量流量通过管子，进出口温度分别为1515和和5757。水流的平均对流换热系数是多。水流的平均对流换热系数是多少？少？
