6-1第六章 单相流体对流传热特征数关联式

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对流传热过程微分方程

hx

t t yy 0, x

h f (u, l , , c p , , 或 , av , )求h的方法：分析解法：采用数学分析求解的方法，有指导意义。

比拟法：通过研究热量传递与动量传递的共性，建立 起表面传热系数与阻力系数之间的相互关系，限制多， 范围很小。

实验法：通过大量实验获得表面传热系数的计算公式， 是目前的主要途径。

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相似原理： 同名特征数对应相等； 各特征数之间存在着函数关系，如常物性流 体外掠平板对流换热特征数； 凡同类现象、单值性条件相似、同名已定特 征数相等，那么现象必定相似。 相似分析法及量纲分析法

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局部、层流： Nux 平均、层流:

0.332 Re Pr1/2 x1/2 l

1/31/3

Nul 0.664 Re

Pr

局部、湍流： Nux 复合边界层：Num

0.0296 Re

4/5 x

Rec=5×105

0.037 Re 4/5 871 Pr1/3

定性温度：tm=(t∞+tw)/2; 特征流速：来流速度； 特征尺寸：流体流动方向长度(局部/平均)。

Ф=hA△t

△t=|tw-t∞|

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第六章 单相对流传热的实验关联式§6-1 相似原理与量纲分析 §6-2 相似原理的应用 §6-3 内部强制对流的实验关联式 §6-4 外部强制对流传热 §6-5 大空间与有限空间内自然对流传热

§6-6 射流冲击传热的实验关联式

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内部强制对流的实验关联式： 判别条件；

换热特点(边界层发展特点);公式适用范围；

定性温度，特征流速/尺寸；换热条件。

§6-3 内部强制对流的实验关联式

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一、管内强制对流换热流动和换热的特征1.管内的流动状态

流动状态判断(Re):

判别条件 层流

Re =

du

Re 2300Re 104

2300 Re 104 过渡流湍流

§6-3 内部强制对流的实验关联式2.流动和换热的入口段及充分发展段

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换热特点

流动入口段

流动充分发展段

换热入口段

换热充分发展段

层流 l d 0.05 Re Pr e 换热入口段长度l 的确定 湍流 l 60 de

§6-3 内部强制对流的实验关联式3.局部表面传热系数hx 的变化

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换热特点

(a)层流

(b)湍流

管内对流传热系数局部表面传热系数hx的沿程变化

§6-3 内部强制对流的实验关联式 外掠：Ф=hA△t △t=|tw-t∞|4.常见的两种换热条件 管子表面的换热条件有均匀热流和均

匀壁温两种 典型的情况。 换热条件 (1) 均匀热流

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qw h(tw t f )壁面和流体温度随管长的变化

t t w t f

§6-3 内部强制对流的实验关联式(2) 均匀壁温

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t1 t2 tm t1 In t2当(tw- tf〞)/(tw-tfˊ) 在0.5~2 之间时，可按算术平均温 差计算，结果的差别在 4%以内。此时：

壁面和流体温度随管长的变化

t f (t f t f ) / 2

tm t f t w

§6-3 内部强制对流的实验关联式 二、管槽内湍流换热实验关联式

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1.迪图斯-贝尔特(Dittus-Boelter)关联式

Nu f 0.023 Re适用的参数范围：4

0.8 f

Pr

n f

0.4 n 0.3

tw t f tw t f

Re f 10 ~ 1.2 10 , Pr f 0.7 ~ 120, l / d 605

气体：Δt<50℃;水：Δt<30℃;油：Δt<10℃ 式中取流体平均温度作为定性温度；管子内径d为特 征尺度；截面的平均流速作特征速度。

§6-3 内部强制对流的实验关联式2. 迪图斯-贝尔特关联式应用范围的扩展

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(1)温差超过推荐的幅度值(变物性影响)曲线1:等温流时速度分布

2

曲线2:液体被冷却或气体 被加热时速度分布 曲线3: 液体被加热或气 体被冷却时速度分布

1 3

§6-3 内部强制对流的实验关联式对于液体：主要是粘性随温度变化。

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对于气体：除了粘性，还有密度和导热系数等。

当温差超过推荐的幅度值后，流体热物性将发生变化， 从而对换热产生影响。修正：

T f T 气体： t C w 1

0.55

f 0.11 被加热 被加热 w C 液体： t 0.25 f 被冷却 被冷却 w

§6-3 内部强制对流的实验关联式

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(2)对于短管(考虑入口效应) 对于较短的管子及常见的尖角入口，推荐以下 的修正系数： d (3)非圆形截面通道

cl 1 ( ) l

0.7

4 Ac de P式中：Ac 对为槽道的流动截面积，P为润湿周长。

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例1:试计算下列两种情形的当量直径，其中打 阴影线的部分表示流体流过的通道。

2 2 (1) Ac = d 2 3 d1 , P d 2 3 d1 4 4 2 2 4 ( d 2 3 d1 ) d 2 3d 2 4 Ac 1 4 4 de = 2 P d 2 3 d1 d 2 3d1

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3 2 2 1 3 2 2 (2) Ac = l d l d 4 4 2 4 8 P 3

l d d / 6 3 l d d / 2

3 2 2 4 ( l d ) 4 Ac 2 3l 2 d 2 4 8 de = P 3 l d 0.5 d 6 l d d