哈工大傳熱學(xué) 第6章對流換熱15-17

1、第第6章章 單相流體對流換熱單相流體對流換熱哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 張承虎張承虎2013 / 05 / 06內(nèi)容安排 作業(yè)：P180-184 題號：1、17、19、27、37、38、44、52 內(nèi)容安排 共3講，67學(xué)時 第15講 管內(nèi)強(qiáng)迫對流分析 第16講 對流換熱公式 第17講 自然對流內(nèi)容安排*第15講 管內(nèi)強(qiáng)迫對流分析1本講內(nèi)容（1）進(jìn)口段與充分發(fā)展段（2）斷面平均流速與平均溫度（3）管長方向的力平衡與熱平衡方程（4）常熱流與定壁溫條件的管長溫度變化規(guī)律 以及管長平均溫度第16講 對流換熱公式概論1本講內(nèi)容（1）外掠平板公式總結(jié)（2）管內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱公式（3）外掠圓管對流換熱公式

2、（4）了解對流換熱系數(shù)的計算方法第16講 對流換熱公式概論2外掠平板公式（1）轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的判斷5Re5 10ux （2）層流邊界層段公式（常壁溫）P119的公式（5-15）以及公式（5-16）對于平均值，也有2倍公式（5-17）（3）紊流邊界層段公式（常壁溫）P133的公式（5-41）以及公式（5-42）對于平均值，有公式（5-43）（4）定型尺寸：全板長（或距起點(diǎn)距離） 定性溫度： （常壁溫） 特征速度：主流速度2fwmttt第16講 對流換熱公式概論3管內(nèi)對流公式（1）注意公式計算的是局部值還是平均值 大部分為全管長的平均值（2）特別注意準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式對以下三個量的規(guī)定 定型尺寸、定性溫度、特征速

3、度（3）注意準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的適用范圍（條件） Re、Pr、Gr、Ra、Gr/Re2 等的范圍 溫差的范圍 入口段的限值 邊界條件的限值（4）特別注意準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的諸多修正 第16講 對流換熱公式概論3管內(nèi)對流公式（4）特別注意準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的諸多修正A、加熱與冷卻的不同B、物性不均的修正：fwPrPrfwfwTTC、入口段的修正：dLD、離心的修正：螺旋管RdRE、非圓管道的修正：水力直徑與形狀修正系數(shù)F、管束排數(shù)的修正：外掠圓管G、其它公式聲明的修正第16講 對流換熱公式概論3管內(nèi)對流公式（1）層流公式P159（6-9a）（6-9b）（6-10a）（6-10b）（2）過渡流公式P154（6-6a）（6

4、-6b）（3）紊流光滑管公式P153（6-4a）（6-4b）（6-5）（4）粗糙管P161（6-11）（6-12）或布拉修斯公式關(guān)于水力直徑的應(yīng)用條件紊流越強(qiáng)烈，越準(zhǔn)確第16講 對流換熱公式概論3管內(nèi)對流公式（5）從Dittus-Boelter公式看對流換熱的影響因素0.80.4Nu0.023RePr0.80.80.60.40.40.2,phucd（6）從Colburm類比公式看對流換熱的影響因素23Pr8mhfcu0.250.250.3164100ReRef0.750.750.6670.3330.4170.25,phucd結(jié)論：規(guī)律一致！第16講 對流換熱公式概論4外掠圓管對流公式（1）局部

5、對流換熱系數(shù)的規(guī)律（2）外掠單管換熱公式0.250.37NuRePrPrPrfnfffwCP164（6-13）及表6-1轉(zhuǎn)捩點(diǎn)與脫體點(diǎn)（分離點(diǎn)：80o140o之間）定型尺寸、定性溫度、特征速度的規(guī)定適用范圍：Pr、Re第16講 對流換熱公式概論4外掠圓管對流公式（1）管束的幾何特征表述A、排列方式：叉排與順排B、外掠方式：橫掠、縱掠、斜掠C、幾何尺寸：排數(shù)N，直徑d，兩個間距：S1、S2第16講 對流換熱公式概論4外掠圓管對流公式（2）外掠光管管束換熱公式P165（6-14）及表6-2、表6-3定型尺寸、定性溫度、特征速度的規(guī)定適用范圍：Pr、Re0.25/PrNuRe PrPrpfnmzwS

6、CS一般規(guī)律：（1）叉排優(yōu)于順排，尾部漩渦的影響 （2）后排優(yōu)于前排，20排的極限 （3）橫掠優(yōu)于縱掠 （4）不適用于肋片管管束第16講 對流換熱公式概論5換熱系數(shù)計算方法（1）確定定性溫度、定型尺寸、特征速度（2）確定物性參數(shù)（3）判別流態(tài)：Re、Gr（4）選擇公式及修正（5）計算Nu數(shù)，進(jìn)而得到 h當(dāng)定性溫度不確定時，可以采取迭代法或者交點(diǎn)法第16講 對流換熱公式概論5換熱系數(shù)計算方法（1）確定計算核準(zhǔn)量，例如：Q、M、tfo 等（3）按兩種不同的途徑計算核準(zhǔn)量，分別得到H1和H2（4）判斷H1與H2，的大小關(guān)系（5）如果：不相等，則根據(jù)tfo與核準(zhǔn)量的相關(guān)關(guān)系增大或減小tfo，重復(fù)回到步

7、驟（3）（6）如果：H1=H2，則所有數(shù)值正確，退出迭代當(dāng)定性溫度不確定時，迭代法（P156，例6-2）：（2）確定核準(zhǔn)量與的tfo相關(guān)關(guān)系第16講 對流換熱公式概論5換熱系數(shù)計算方法（1）確定計算核準(zhǔn)量，例如：Q、M、tfo 等（4）由（ tfo1， H11 ）和（ tfo2， H12 ）確定直線函數(shù)1（6）兩條直線的交點(diǎn)溫度即為正確出口溫度當(dāng)定性溫度不確定時，交點(diǎn)法（P166，例6-6）：（2）設(shè)定tfo1，按兩種不同的途徑計算核準(zhǔn)量，分別得到H11和H21（3）設(shè)定tfo2，按兩種不同的途徑計算核準(zhǔn)量，分別得到H12和H22（5）由（ tfo1， H21 ）和（ tfo2， H22 ）確

8、定直線函數(shù)26本講小結(jié)第16講 對流換熱公式概論思考題1.對流換熱是如何分類的? 影響對流換熱的主要物理因素.2.對流換熱問題的數(shù)學(xué)描寫中包括那些方程?3.自然對流和強(qiáng)制對流在數(shù)學(xué)方程的描述上有何本質(zhì)區(qū)別?4.從流體的溫度場分布可以求出對流換熱系數(shù)(表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)), 其物理機(jī)理和數(shù)學(xué)方法是什么?5.速度邊界層和溫度邊界層的物理意義和數(shù)學(xué)定義.6.管外流和管內(nèi)流的速度邊界層有何區(qū)別?7.為什么說層流對流換熱系數(shù)基本取決與速度邊界層的厚度?8.從邊界層積分方程的應(yīng)用結(jié)果來說明.9.為什么溫度邊界層厚度取決與速度邊界層的厚度?10.對十分長的管路, 為什么在定性上可以判斷管路內(nèi)層流對流換熱系數(shù)是常

9、數(shù)?思考題 11.如何使用邊界層理論簡化對流換熱微分方程組? 12.如何將邊界層對流換熱微分方程組轉(zhuǎn)化為無量綱形式? 13.為什么說對強(qiáng)制對流換熱問題, 總可以有: Nu=f(Re,Pr) 的數(shù)學(xué)方程形式? 14.什么是定性尺寸和定性溫度? 選取定性尺寸的原則是什么? 15.對管內(nèi)流和管外流, Re準(zhǔn)則數(shù)中的定性尺寸的取法是不一樣的. 說明其物理原因. 16.當(dāng)量水力直徑的定義和計算方法. 17.湍流動量擴(kuò)散率, 湍流熱擴(kuò)散率, 湍流普朗特數(shù)是如何定義的? 它們是物性么? 18.什么是雷諾比擬? 它怎樣推導(dǎo)出摩擦系數(shù)和對流換熱系數(shù)間的比擬關(guān)系式?思考題 19.什么是相似原理? 判斷物理相似的條件? 相似原理在工程中有什么作用? 20.比擬和相似之間有什么聯(lián)系和區(qū)別? 21.使用相似分析法推導(dǎo)準(zhǔn)則關(guān)系式的基本方法. 22.使用定理推導(dǎo)準(zhǔn)則關(guān)系式的基本方法. 23.Nu, Re, Pr, Gr準(zhǔn)則數(shù)的物理意義. 24.在有壁面換熱條件時, 管內(nèi)流體速度分布的變化特點(diǎn). 25.管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱系數(shù)及換熱量的計算方法.如何確定特性長度和定性溫度? 26.流體橫瓊單管和管束時對流換熱的計算方法. 27.豎壁附近自然對流的溫度分布,速度分布的特點(diǎn)? 換熱系數(shù)的特點(diǎn)?思考題 28.大空間自然對流換熱