對(duì)流換熱計(jì)算式

1、關(guān)系式返回到上一層以下匯總了工程中最常見(jiàn)的幾類(lèi)對(duì)流換熱問(wèn)題的對(duì)流換熱計(jì)算關(guān)系式，適用邊界條件，已定準(zhǔn)則的適用范圍，特征尺寸與定性溫度的選取方法。一、掠過(guò)平板的強(qiáng)迫對(duì)流換熱應(yīng)注意區(qū)分層流和湍流兩種流態(tài)(一般忽略過(guò)渡流段)，恒壁溫與恒熱流兩種典型的邊界條件，以及局部Nu數(shù)和平均Nu數(shù)。沿平板強(qiáng)迫對(duì)流換熱準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式匯總注意：定性溫度為邊界層的平均溫度，即連團(tuán)杯共聯(lián)式陛議、甲均展流、易邯展減，半均屋灤金誡.湍流.易呷濫冷局部Of)Pr50y匚血亦小0點(diǎn)葉5幻(T0冶uPr硝Q屯三Ga5510換熱狀況管內(nèi)熱邊界層也同樣存在入口段和充分發(fā)展段，只有在流體的Pr數(shù)大致等于1的時(shí)候，兩個(gè)邊界層的入口段才重合

2、。理解并準(zhǔn)確把握兩種典型邊界條件(恒壁溫與恒熱流)下流體截面平均溫0.6Pr506=G$x1tfKW屮C,隔10?i(r壬恥i(r務(wù)=tFQ.6Pr*60jxw屜嚴(yán)to7Nu.=0332inPrl/:,卻叫蘭0.旺4盤(pán)叮型P/u科叭=0.453應(yīng)打討丹舊血廠(chǎng)。嗣0血廠(chǎng)叩/VttA.=0.026J?er4,5FrU3叫=rk1二、管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱流動(dòng)狀況不同于外部流動(dòng)的情形，無(wú)論層流或者湍流都存在流動(dòng)入口段和充分發(fā)展段，兩者的長(zhǎng)度差別很大。計(jì)算管內(nèi)流動(dòng)和換熱時(shí)，速度必須取為截面平均速度。度的沿程變化規(guī)律，對(duì)管內(nèi)對(duì)流換熱計(jì)算有著特殊重要的意義。準(zhǔn)則數(shù)方程式要注意區(qū)分不同關(guān)聯(lián)式所針對(duì)的邊界條件，因?yàn)?/p>

3、層流對(duì)邊界條件的敏感程度明顯高于湍流時(shí)。還需要特別指出，絕大多數(shù)管內(nèi)對(duì)流換熱計(jì)算式5f對(duì)工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用類(lèi)比率關(guān)系式效果可能更好。下表匯總了不同流態(tài)和邊界條件下管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱計(jì)算最常用的一些準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式。非圓截面管道僅湍流可以用當(dāng)量直徑的概念處理非圓截面管道的對(duì)流換熱問(wèn)題。層流時(shí)即使用當(dāng)量直徑的概念也無(wú)法將不同截面形狀管道換熱的計(jì)算式全部統(tǒng)一。流態(tài)及范圍適用范圍關(guān)聯(lián)式常熱流層流，充分發(fā)展段,0.14I皿亍-4.36光滑管)2卜L)Is丿J常壁溫層流，充分發(fā)展段,0.14I皿u-3.66光滑管fRe.Pr-比)2卜L)IS丿J層流，入口段-充Prz=0.48-1670023

4、00巫廠(chǎng)1啟曲畔班打叮旳f4分發(fā)展段，光滑管0.0044Ji9.75壬U叮1%丿過(guò)渡流，入口段-Prz=0.6-1.5,N叫=0.0214(Re-100)Pr4x充分發(fā)展段，氣體,2300Re/10+er光滑管0.57T(7/7；)ji1.5ujjkJ過(guò)渡流，入口段-Prz=1.5-500,叫=0.012.eB7-2SO)Pr4x充分發(fā)展段，液體,2300KC/n值ReCn1-400.750.4=40-10030.510.51000-2000000.260.6200000-10000000.0760.7關(guān)聯(lián)式:定性溫度為主流溫度，定型尺寸為管外徑，速度取管外流速最大值。當(dāng)Pr10時(shí)，Pr的幕次

5、應(yīng)改為ff0.36，上述關(guān)聯(lián)式的適用范圍是0.7Pr500；1Re106；ff對(duì)于空氣近似取Pr0.37f=0.7，故Pr=0.88。f四、繞流管束的強(qiáng)迫對(duì)流換熱這是工程中用得最多的流體換熱方式之。它的流動(dòng)和換熱的基本特征與單管時(shí)相同，但增加了排列方式管間距以及排數(shù)三個(gè)新的影響因素。除了光管管束以外，在氣體外部繞流換熱的場(chǎng)合，各種型式的肋片管柬在工程領(lǐng)域里用得越來(lái)越普遍。肋片的型式極多，已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的計(jì)算式不一定與實(shí)際使用的肋片管相同，選擇計(jì)算公式時(shí)應(yīng)注意這個(gè)問(wèn)題。各式定性溫度用流體在管束中的平均溫度，定型尺寸為管外徑；Re中的速度用流通截面最窄處的流速（即管束中的最大流速）。其中z管排修正系

6、數(shù)，S、S為管間距。12排列式適用范圍u7P1-5UU關(guān)聯(lián)式對(duì)空氣或煙氣的簡(jiǎn)化式（d=門(mén)7）順Re=IO52xlO-0.7叫=10rt1011常壁溫，熱面朝下或冷面朝上，平均Nu層流0.581/5.3=/Pi-ITIO112、有限空間自然對(duì)流換準(zhǔn)則數(shù)方程有限空間中的自然對(duì)流是流動(dòng)和換熱形態(tài)都相當(dāng)復(fù)雜的類(lèi)情形，工程上經(jīng)常簡(jiǎn)化為按“導(dǎo)熱”的形式來(lái)處理，并由此引入當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的概念。夾層位置關(guān)聯(lián)式適用范圍垂直夾層（氣體）嘰-1純導(dǎo)熱：阿叫=1曲丿層流也-UCJOU-2Nus=1血丿紊流5、-2x1U7水平夾層（熱面在下）（氣體）叫-0.059(01)04-tj=1/uu-/uuu叫-0.212Fj4

7、UgLT-/UOU-1U傾斜夾層（熱面在下與水平夾角為0）（氣體）(1708)Nus=1+1.4461IC?qPrcos8丿丁二Pr門(mén)17|廠(chǎng)：-5QririA/譏-U土鞏丸Free用嚴(yán)Pr氣切-|lQ|Il1A/%-r.i.1打/J?rcos刖(JgFrcc-s-X1U4-Nu8及Gr8的定型尺寸均為夾層厚度；定性溫度為:H為豎直夾層高度。六、基本要求及例題熟練應(yīng)用準(zhǔn)則數(shù)方程求解對(duì)流換熱系數(shù)及換熱量。例題1、流量為120kg/h的機(jī)油在內(nèi)徑為13mm的管內(nèi)流動(dòng)，并從100C冷卻到60C。管子內(nèi)壁溫度為20C。試計(jì)算所需管長(zhǎng)L和對(duì)流換熱系數(shù)h?f=丄什；+；=IkQDD+和”如解：（1）查物性

8、值，流體溫度C機(jī)油的物性值為P=852.02kg/m3，入=0.138W/(mC),c=2131J/(kgC),Pr=490,ffpffv=37.5X10-em2/s，卩=0.03195kg/(ms)ff2）求雷諾準(zhǔn)則Re120-xO.0132xS2.02x3600流體流速=0.295m/s0.029xO.01337.5xlO-6=102.22200，流動(dòng)為層流。x0.0130.138代入已知數(shù)據(jù)得皿0也叫亜T()由熱平衡得hndiL(tf-tw)=mcp(tf-f)0.013Lx陸Cl-20)=-?-x2131xfl00-60)，hL=1160.1(b)聯(lián)立求解式(a)、(b)得：h=33.

9、4W/(m2C)L=34.74m4）檢驗(yàn)RePr町黑10所以以上計(jì)算有效，即h=33.4W/（m2C）L=34.74m。例題2、某鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的220t/h鍋爐的低溫段管式空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)為：順排布置，s=76mm,s1=57mm,管子外徑d=38mm，壁厚5=1.5mm；空氣橫向沖刷管束，在空氣平均溫度為133C時(shí)20管間最大流速u(mài)=6.03m/s，空氣流動(dòng)方向上的總管排數(shù)為44排。設(shè)管壁平均溫度t=165C，求管1,maxw束與空氣間的對(duì)流換熱系數(shù)。如將管束改為叉排，其余條件不變，對(duì)流換熱系數(shù)增加多少？解：(1)計(jì)算Ref,maxf,max由定性溫度t=133C查附錄，得空氣的物性值為：

10、f=0.344W/(mC)vf=27.0X10-6m2/sPrf=0.684w=165C查得Prw=0.682。于是Re=f,max剛&嚴(yán)o6.03xO.03Bvf27.0 xl0-=8487)求順排時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)hfxO.0330344=0.27X84870.63X0.6840.38解得對(duì)流換熱系數(shù)為h=63.66W/(m2C)f3)求叉排時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)rq丹_l屮Jj!3汕皿代入數(shù)據(jù)得：別4=0.35X84870.600.6840.38X0.u34U一翻0.25x0.2解得叉排時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)為hf=66.64W/(m2C)例題3、水平放置蒸汽管道，保溫層外徑d=583mm,壁溫t=4

11、8C,周?chē)諝鉁囟萾=23C。試計(jì)ow8算保溫層外壁的對(duì)流散熱量?f=-(t+t)=+23)=3.24xl0_3r_1T273+35.m解：定性溫度=35.5C據(jù)此查得空氣的物性值為入=0.0272W/(mC),mv=16.53X10-6m2/s，Pr=0.7判據(jù)(GrPr)=m靜/叫a5.31x3.24x102mxf4S-23；x0.5S33亦16.53x10_u/=4.03X108109流動(dòng)屬于層流，查表得C=0.53、n=1/4。于是對(duì)流換熱系數(shù)為：*2h=0.530.0272&pi=0.53X(4.03X108)1/4X=3.5W/(m2C)單位管長(zhǎng)的對(duì)流散熱量為q二hnd(t-t)=3.5X3.14X0.583X(48-23)=1602W/ml0W8例題4、溫度分別為100C和40C、面積均為0.5X0.5m2的兩豎壁，形成厚5=15mm的豎直空氣夾層。試計(jì)算通過(guò)空氣夾層的自然對(duì)流換熱量?解：(1)空氣的物性值定性溫度t=0.5X(100+40)=70C，據(jù)此，查附錄得空氣的物性值為m入=0.0296W/(mC),p=1.029kg/m3,u=20.60X10-6kg/(ms)mmm273+70=2.915X10-