《C7管內(nèi)換熱》PPT課件

1、華北電力大學華北電力大學6-1 單相流體強迫對流換熱實驗關聯(lián)式單相流體強迫對流換熱實驗關聯(lián)式 管內(nèi)強迫對流換熱流動和換熱的特征管內(nèi)強迫對流換熱流動和換熱的特征 管槽內(nèi)湍流換熱實驗關聯(lián)式管槽內(nèi)湍流換熱實驗關聯(lián)式 管槽內(nèi)層流換熱關聯(lián)式管槽內(nèi)層流換熱關聯(lián)式 本節(jié)小結本節(jié)小結華北電力大學華北電力大學一、管內(nèi)強迫對流換熱流動和換熱的特征一、管內(nèi)強迫對流換熱流動和換熱的特征1. 管內(nèi)的流動形狀管內(nèi)的流動形狀 2300Re層流層流 1023004 Re過渡區(qū)過渡區(qū) 104Re湍流湍流 udRe 采用雷諾數(shù)判別采用雷諾數(shù)判別華北電力大學華北電力大學華北電力大學華北電力大學流動入口段流動入口段流動充分開展段流動

2、充分開展段換熱入口段換熱入口段換熱充分開展段換熱充分開展段流動入口段長度流動入口段長度 l l 確實定確實定層流：層流：湍流：湍流： 05. 0/PrRedl 60/dl0 xt0 xu常量h華北電力大學華北電力大學請同窗解釋這么畫的根請同窗解釋這么畫的根據(jù)據(jù)華北電力大學華北電力大學 管子外表的換熱條件有均勻熱流和均勻壁溫兩管子外表的換熱條件有均勻熱流和均勻壁溫兩種典型的情況。種典型的情況。(1) (1) 均勻熱流恒熱流均勻熱流恒熱流壁面和流體溫度隨管長壁面和流體溫度隨管長的變化的變化xdftqffdtt tx0twtf對流傳熱溫差為：對流傳熱溫差為：fwttt 華北電力大學華北電力大學對流傳

3、熱溫差為：對流傳熱溫差為：lwtftfttx0twtfftlft壁面和流體溫度隨管壁面和流體溫度隨管長的變化長的變化lnt 華北電力大學華北電力大學1. 迪圖斯迪圖斯-貝爾特貝爾特Dittus-Boelter關聯(lián)式：關聯(lián)式：)( 3 . 0)( 4 . 0 ;023. 0fwfwf8 . 0ffttttnPrReNun適用的參數(shù)范圍：適用的參數(shù)范圍：60 ; 1607 . 0 ; 10f4fdlPrRe式中取流體平均溫度作為定性溫度；取管子內(nèi)徑式中取流體平均溫度作為定性溫度；取管子內(nèi)徑d d為為特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。氣體：氣體： 50t水：

4、水： 30t油：油： 10t華北電力大學華北電力大學1 1溫差超越引薦的幅度值溫差超越引薦的幅度值對于液體：主要是粘性隨溫度而變化。對于液體：主要是粘性隨溫度而變化。對于氣體：除了粘性，還有密度和導熱系數(shù)等。對于氣體：除了粘性，還有密度和導熱系數(shù)等。 當溫差超越引薦的幅度值后，流體熱物性將當溫差超越引薦的幅度值后，流體熱物性將發(fā)生變化，從而對換熱產(chǎn)生影響。發(fā)生變化，從而對換熱產(chǎn)生影響。修正方法：修正方法：nnnPrPrcTTccwftwftwft ，或，或華北電力大學華北電力大學 對于方形、橢圓形、環(huán)形等外形的截面情況，對于方形、橢圓形、環(huán)形等外形的截面情況，可以用當量直徑作為特征尺度從而運用

5、以上的準那可以用當量直徑作為特征尺度從而運用以上的準那么方程。么方程。PAdce4式中：式中：Ac Ac 對為槽道的流動截面積，對為槽道的流動截面積，P P為潤濕周長。為潤濕周長。華北電力大學華北電力大學 對于較短的管子及常見的尖角入口，引薦以下對于較短的管子及常見的尖角入口，引薦以下的修正系數(shù)：的修正系數(shù)：7 . 01ldClnltPrReccNuf8 . 0ff023. 0思索溫度和短管修正后的迪圖斯思索溫度和短管修正后的迪圖斯- -貝爾特關聯(lián)式貝爾特關聯(lián)式: :華北電力大學華北電力大學 由于管道彎曲改動了由于管道彎曲改動了流體的流動方向，離心力流體的流動方向，離心力的作用會在流體內(nèi)產(chǎn)生如

6、的作用會在流體內(nèi)產(chǎn)生如下圖的二次環(huán)流，結果添下圖的二次環(huán)流，結果添加了擾動，使對流換熱得加了擾動，使對流換熱得到強化。到強化。對于氣體：對于氣體： 對于液體：對于液體： RdcR77. 1133 .101RdcR華北電力大學華北電力大學1 1齊德齊德- -泰特泰特Sieder-TateSieder-Tate關聯(lián)式：關聯(lián)式：14. 0wf3/1f8 . 0ff027. 0PrReNu評價：誤差大；近似適用于液體被加熱的情況。評價：誤差大；近似適用于液體被加熱的情況。2 2格尼林斯基格尼林斯基GnielinskiGnielinski關聯(lián)式：關聯(lián)式：tfcldPrfPrRefNu3/232fff11

7、87 .121)1000(8評價：準確，與實驗數(shù)據(jù)的均方根偏向為評價：準確，與實驗數(shù)據(jù)的均方根偏向為 。%20該式也適用于過渡區(qū)該式也適用于過渡區(qū)華北電力大學華北電力大學適用的參數(shù)范圍：適用的參數(shù)范圍：1. 賽德爾賽德爾塔特塔特Sieder-Tate關聯(lián)式關聯(lián)式14. 0wf3/1fff)(86. 1ldPrReNuffw 0.4817000; 0.0449.8Pr 2300fRe2)Pr(14. 0wf3/1ffldRe管子處于均勻壁溫管子處于均勻壁溫華北電力大學華北電力大學 )( 66. 3wfconsttNu) ( 36. 4fconstqNuw對于圓管：對于圓管：華北電力大學華北電力大

8、學 在本節(jié)我們首先分析了管內(nèi)流動和換熱的特征；在本節(jié)我們首先分析了管內(nèi)流動和換熱的特征；然后給出了湍流情況下的實驗關聯(lián)式，重點是其中然后給出了湍流情況下的實驗關聯(lián)式，重點是其中的迪圖斯的迪圖斯- -貝爾特關聯(lián)式；對層流情況分別給出了處貝爾特關聯(lián)式；對層流情況分別給出了處于入口段和充分開展段的關聯(lián)式。于入口段和充分開展段的關聯(lián)式。1 1實踐問題的主要特征；實踐問題的主要特征；2 2實驗關聯(lián)式的適用條件；實驗關聯(lián)式的適用條件；3 3特征尺度、特征速度和定性溫度確實定。特征尺度、特征速度和定性溫度確實定。 1. 1. 留意：留意：華北電力大學華北電力大學1 1利用雷諾數(shù)判別流動的形狀利用雷諾數(shù)判別流

9、動的形狀; ;2 2選用適宜的實驗關聯(lián)式選用適宜的實驗關聯(lián)式; ;3 3計算出努塞爾數(shù)，進一步得到外表傳熱系數(shù)計算出努塞爾數(shù)，進一步得到外表傳熱系數(shù); ;4 4根據(jù)牛頓冷卻公式計算出對流換熱量。根據(jù)牛頓冷卻公式計算出對流換熱量。tAh華北電力大學華北電力大學例題：在一冷凝器中，冷卻水以例題：在一冷凝器中，冷卻水以1m/s的流速流過內(nèi)徑為的流速流過內(nèi)徑為10mm、長度為、長度為3m的銅管，冷卻水的進、出口溫度分別的銅管，冷卻水的進、出口溫度分別為為15和和65，試計算管內(nèi)的外表傳熱系數(shù)。，試計算管內(nèi)的外表傳熱系數(shù)。C 40651521ft從附錄中水的物性表中可查得從附錄中水的物性表中可查得 W/

10、(mK)，6350f.6f106590 .m2/s，314f.Pr 為紊流計算4426ff101052. 1/sm100.6590.01m1m/sReud解：由于管子細長，解：由于管子細長，l/d較大，可以忽略進口段的影響。較大，可以忽略進口段的影響。冷卻水的平均溫度為冷卻水的平均溫度為華北電力大學華北電力大學58044 .910.01mK)0.635W/(mffNudhW/(m2K)以上計算沒思索流體物性場不均勻的影響。假設思以上計算沒思索流體物性場不均勻的影響。假設思索物性場不均勻的影響，必需求出壁面溫度，以確索物性場不均勻的影響，必需求出壁面溫度，以確定修正項定修正項 。可以首先根據(jù)冷卻

11、水的溫升?？梢允紫雀鶕?jù)冷卻水的溫升確定換熱量，再用上面計算的外表傳熱系數(shù)確定換熱量，再用上面計算的外表傳熱系數(shù)h 。140wf.4 . 0f8 . 0ffPrRe023. 0Nu4 .9131. 41052. 1023. 04 . 08 . 04 管內(nèi)強迫對流換熱如何強化？ 書上PtlR c c cmpnevhcd思索作業(yè)華北電力大學華北電力大學 按照概述中的分類外按照概述中的分類外部流動的強迫對流換熱主部流動的強迫對流換熱主要有橫掠平板、外掠單管要有橫掠平板、外掠單管和外掠管束等情況。和外掠管束等情況。6-2 外部流動強迫對流換熱實驗關聯(lián)式略外部流動強迫對流換熱實驗關聯(lián)式略ftwt華北電力大

12、學華北電力大學一、橫掠單管換熱實驗關聯(lián)式一、橫掠單管換熱實驗關聯(lián)式1. 流動的特征流動的特征 流體橫向繞流流體橫向繞流單管時的流動除了單管時的流動除了具有邊境層的特征具有邊境層的特征外，還要發(fā)生繞流外，還要發(fā)生繞流脫體，而產(chǎn)生回流、脫體，而產(chǎn)生回流、漩渦和渦束。漩渦和渦束。華北電力大學華北電力大學邊境層的生長和脫體決邊境層的生長和脫體決議了外掠圓管換熱的特議了外掠圓管換熱的特征。征。低雷諾數(shù)時，上升點反低雷諾數(shù)時，上升點反映了繞流脫體的起點。映了繞流脫體的起點。高雷諾數(shù)時，第一次上升高雷諾數(shù)時，第一次上升是層流轉變成湍流的緣由，是層流轉變成湍流的緣由，第二次上升約在第二次上升約在那么是由于脫體

13、的緣故。那么是由于脫體的緣故。1402. 換熱的特征換熱的特征華北電力大學華北電力大學3. 平均外表傳熱系數(shù)平均外表傳熱系數(shù) h 計算的關聯(lián)式計算的關聯(lián)式對于高溫氣流沖刷的管子，假對于高溫氣流沖刷的管子，假設壁溫過高，能夠發(fā)生爆管景設壁溫過高，能夠發(fā)生爆管景象，在管子的那一點易發(fā)生？象，在管子的那一點易發(fā)生？3/1PrRenCNu 式中式中C、n 之值見教材表之值見教材表5-5定性溫度取定性溫度取 特征長度取管外徑特征長度取管外徑d d特征流速取來流速度特征流速取來流速度 fwrttt21u華北電力大學華北電力大學二、外掠管束換熱實驗關聯(lián)式二、外掠管束換熱實驗關聯(lián)式1. 1. 流動和換熱的特征

14、流動和換熱的特征順排順排叉排叉排管束的陳列方式有順排和叉排兩種方式。叉排中的管束的陳列方式有順排和叉排兩種方式。叉排中的流動擾動比順排時要猛烈，因此換熱也較強。此外，流動擾動比順排時要猛烈，因此換熱也較強。此外，管束的間距管束的間距s1和和s2及管排數(shù)也影響換熱強度。及管排數(shù)也影響換熱強度。華北電力大學華北電力大學mCNuRe式中式中C、m 之值見教材表之值見教材表5-7,上式主要用于氣體，因上式主要用于氣體，因此此Pr數(shù)的影響歸到了系數(shù)數(shù)的影響歸到了系數(shù) C 中。中。定性溫度取定性溫度取 特征長度取管外徑特征長度取管外徑d d特征流速取管束中最窄截面處的流速特征流速取管束中最窄截面處的流速 fwrttt21對于排數(shù)少于對于排數(shù)少于1010排的管束，需求利用管排修正系排的管束，需求利用管排修正系數(shù)修正。數(shù)修正。1n該問題也可以采用表該問題也可以采用表5-95-9和和5-105-10給出的關