V4-第六章-單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式-2014

第六章單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式實(shí)驗(yàn)變量多實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)哪些量?是否所有的物理量都測(cè)?

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何整理?整理成什么樣函數(shù)關(guān)系?2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果推廣應(yīng)用的條件是什么?如果實(shí)物實(shí)驗(yàn)無(wú)法開展怎么辦?6-1相似原理與量綱分析對(duì)流換熱的研究方法：

分析法；比擬法；

基于相似理論的實(shí)驗(yàn)方法；數(shù)值計(jì)算方法。對(duì)流換熱的主要研究方法：基于相似理論的實(shí)驗(yàn)方法WHY?WHAT?HOW?WHY?

相似理論WHAT?

相似原理研究的基本內(nèi)容:研究相似物理現(xiàn)象之間的關(guān)系說(shuō)明：只有同類現(xiàn)象才能談?wù)撓嗨茊?wèn)題。用相同形式且具有相同內(nèi)容的微分方程式所描述的現(xiàn)象稱為同類現(xiàn)象。（注意“相似”與“類比”或“比擬”概念的區(qū)別）2.與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)應(yīng)成比例。對(duì)于同類的物理現(xiàn)象，在相應(yīng)的時(shí)刻與相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量對(duì)應(yīng)成比例,稱為物理量相似。例如，對(duì)于兩個(gè)對(duì)流換熱現(xiàn)象，

3.對(duì)非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，要求在相應(yīng)的時(shí)刻各物理量的空間分布相似。相似物理現(xiàn)象：對(duì)于兩個(gè)同類的物理現(xiàn)象，如果在相應(yīng)的時(shí)刻及相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)應(yīng)成比例，則稱此兩現(xiàn)象彼此相似。WHAT?

相似原理研究的基本內(nèi)容:研究相似物理現(xiàn)象之間的關(guān)系1.相似的物理現(xiàn)象,同名無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)必定相等;基本內(nèi)容：證明：相似的物理現(xiàn)象,同名無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)必定相等。對(duì)于兩個(gè)相似的對(duì)流換熱現(xiàn)象，2.同一類現(xiàn)象中相似特征數(shù)的數(shù)量及其之間的關(guān)系:物理現(xiàn)象中的各物理量之間的關(guān)系由微分方程及定解條件確定；因此，基于無(wú)量綱物理量的準(zhǔn)則數(shù)之間也必定存在確定的函數(shù)關(guān)系。將此類無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)間關(guān)系式稱為準(zhǔn)則方程或特征數(shù)方程。Q:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何整理?整理成什么樣函數(shù)關(guān)系?A:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按照相似準(zhǔn)則方程式的內(nèi)容進(jìn)行整理,對(duì)于對(duì)流換熱問(wèn)題,一般整理成準(zhǔn)則數(shù)的冪函數(shù)形式.如：Q:實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)哪些量,是否所有的物理量都測(cè)?A:實(shí)驗(yàn)中只需要測(cè)量無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)所包含的物理量.如，流體外掠平板層流對(duì)流換熱的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式為3.判斷物理現(xiàn)象相似的條件:同名的已定準(zhǔn)則數(shù)相等；（已定準(zhǔn)則數(shù)＝已知的物理量構(gòu)成的準(zhǔn)則數(shù)）單值條件相似。（初始條件、邊界條件、幾何條件、物理?xiàng)l件）Q:實(shí)驗(yàn)結(jié)果推廣應(yīng)用的條件是什么?如果實(shí)物實(shí)驗(yàn)無(wú)法開展怎么辦?A:只要物理現(xiàn)象間滿足相似條件，則實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（準(zhǔn)則方程）可以推廣；實(shí)物實(shí)驗(yàn)可由滿足相似的模型實(shí)驗(yàn)代替。某一物理現(xiàn)象涉及哪些無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)？相似分析法量綱分析法相似分析法:通過(guò)將微分方程各物理量進(jìn)行無(wú)量綱化來(lái)獲得無(wú)量綱相似準(zhǔn)則數(shù)的方法.量綱分析法:通過(guò)物理量量綱(單位)的匹配關(guān)系來(lái)獲得無(wú)量綱相似準(zhǔn)則數(shù)的方法基本依據(jù)：定理一個(gè)表示n個(gè)物理量間關(guān)系的量綱一致的方程式，一定可以轉(zhuǎn)換為包含n-r

個(gè)獨(dú)立的無(wú)量綱物理量群間的關(guān)系。r指基本量綱的數(shù)目。流體力學(xué)的基本量綱：時(shí)間T[s]，長(zhǎng)度L[m]，質(zhì)量M[kg]傳熱學(xué)的基本量綱：時(shí)間T[s]，長(zhǎng)度L[m]，質(zhì)量M[kg]，溫度

[K]優(yōu)點(diǎn):

方法簡(jiǎn)單；在不知道微分方程的情況下，仍然可以獲得無(wú)量綱量.實(shí)質(zhì)：量綱和諧原理：凡是反映客觀物理過(guò)程間物理量相互關(guān)系的方程式，必然是量綱和諧的，即方程式各項(xiàng)的量綱（單位）是一致的。量綱分析法:基本步驟：明確影響傳熱過(guò)程的全部n個(gè)物理量；選擇其中r個(gè)物理量作為基本物理量，對(duì)于傳熱學(xué)問(wèn)題，一般r＝4；對(duì)于r個(gè)基本物理量之外的n－r個(gè)物理量，每次取一個(gè)，與r個(gè)基本物理量一起組成一個(gè)冪指數(shù)形式的π

方程，共有n－r個(gè)方程；對(duì)每個(gè)π

方程應(yīng)用量綱和諧原理確定r個(gè)待定指數(shù)；根據(jù)確定的r

個(gè)冪指數(shù)得到n－r個(gè)無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)，并確定準(zhǔn)則數(shù)方程。實(shí)例：圓管內(nèi)單相強(qiáng)制對(duì)流換熱問(wèn)題Nu＝f(Re,Pr)VIP（2）找出組成與本問(wèn)題有關(guān)的各物理量量綱中的基本量的量綱管內(nèi)對(duì)流換熱中，與對(duì)流換熱相關(guān)的物理量共有7個(gè)，其量綱由4個(gè)基本量綱組成：時(shí)間量綱T、長(zhǎng)度量綱L、質(zhì)量量綱M和溫度量綱;于是，由定理知，n=7，r=4，這些影響因素可組成3個(gè)無(wú)量綱量。（3）將基本量逐一與其余各量組成無(wú)量綱量在因次分析中，無(wú)量綱量與基本物理量之間的函數(shù)關(guān)系總是采用冪指數(shù)形式表示，其中指數(shù)值待定。對(duì)于管內(nèi)對(duì)流換熱，取u、d、、為基本物理量，用字母表示無(wú)量綱量，由（2），得（1）找出所有相關(guān)的影響因素。影響對(duì)流換熱系數(shù)的因素可歸納為下面以單相管內(nèi)對(duì)流換熱問(wèn)題為例，應(yīng)用量綱分析法來(lái)獲得其中的無(wú)量綱準(zhǔn)則參數(shù)的方法步驟。（4）應(yīng)用量綱和諧原理來(lái)決定上述待定指數(shù)于是，影響對(duì)流換熱的因素可描述為Nu=f(Re,Pr)6-2相似原理的應(yīng)用HOW?

傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中如何基于相似原理進(jìn)行安排？傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中如何安排實(shí)驗(yàn)工況？以相似準(zhǔn)則數(shù)作為安排實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。以強(qiáng)制對(duì)流實(shí)驗(yàn)測(cè)量為例：Nu＝f(Re,Pr)，則以Re和Pr為自變量確定不同的實(shí)驗(yàn)工況。優(yōu)點(diǎn)在于可以大幅度減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)。傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中如何整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？采用已定準(zhǔn)則的冪指數(shù)形式來(lái)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于對(duì)流換熱問(wèn)題：式中：常數(shù)C,m,n,l由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。數(shù)據(jù)點(diǎn)少時(shí)采用圖示法確定；數(shù)據(jù)點(diǎn)較多時(shí)采用最小二乘法。（自然對(duì)流）基于相似理論的對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)研究方法注意事項(xiàng)：不能嚴(yán)格滿足相似條件時(shí)，只要關(guān)鍵條件滿足相似原理即可；實(shí)驗(yàn)研究總有一定的范圍（Re，Pr，幾何參數(shù)），依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理得到的準(zhǔn)則方程需明確適用范圍；特征長(zhǎng)度、特征流速和定性溫度的選取方式，應(yīng)與得出準(zhǔn)則方程時(shí)的實(shí)驗(yàn)范圍相同。傳熱學(xué)問(wèn)題的常見準(zhǔn)則數(shù)及其物理意義（教材表6-1）

基于相似理論的單相對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)研究方法：內(nèi)部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱（管內(nèi)層流、湍流）外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱（外掠平壁、外掠單管、外掠管束）自然對(duì)流（大空間、有限空間）傳熱學(xué)HeatTransfer作業(yè)6-16-46-3內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式管槽內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流換熱:內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流在工程上有大量應(yīng)用：暖氣管道、各類熱水及蒸汽管道、換熱器等內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流與外部強(qiáng)制對(duì)流：管槽內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流受流道壁面的約束，邊界層的發(fā)展受到限制。（與外掠等溫平板強(qiáng)制對(duì)流的區(qū)別）6.3.1管槽內(nèi)部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流流動(dòng)與換熱的特點(diǎn)流動(dòng)亦分為層流和紊流，管內(nèi)臨界雷諾數(shù)Rec＝2300Re<2300，層流；2300<Re<10000,過(guò)渡區(qū)；Re>10000，旺盛湍流區(qū)2.存在入口段，入口段熱邊界層厚度薄，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大入口段長(zhǎng)度l：l/d≈0.05RePr

（層流）

l/d≈60（湍流）層流Rex<2300湍流3.充分發(fā)展段，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為常數(shù)管槽內(nèi)部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流流動(dòng)與換熱的特點(diǎn)4.管內(nèi)流動(dòng)的換熱邊界條件有兩種：恒壁溫

tw＝const和恒熱流qw＝const。湍流：除液態(tài)金屬外，兩種邊界條件的差別可忽略。層流：兩種邊界條件下的換熱系數(shù)差別明顯。

對(duì)于管內(nèi)層流充分發(fā)展段恒壁溫：Nu＝3.66表6-2

恒熱流：Nu＝4.365.計(jì)算Re時(shí)的特征速度一般取管內(nèi)截面的平均流速，計(jì)算物性時(shí)的定性溫度一般取截面平均溫度或進(jìn)出口截面的平均溫度。應(yīng)用牛頓冷卻公式計(jì)算對(duì)流換熱量時(shí)平均溫差的確定Φ＝hA?tm：恒熱流：恒壁溫：源于教材圖6-76.3.2管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

通式（迪圖斯－貝爾特公式）：式中：定性溫度取為進(jìn)出口流體平均溫度的算術(shù)平均值；

特征流速為管內(nèi)平均流速；特征長(zhǎng)度為管內(nèi)徑；非圓截面管，特征長(zhǎng)度取為當(dāng)量直徑de＝4Ac/P（Ac為截面積，P為濕周）。加熱流體

n＝0.4冷卻流體n＝0.3得到Nu或h后即可根據(jù)牛頓冷卻公式計(jì)算管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流換熱量或熱流密度適用范圍：

l/d

≥60

的光滑管道湍流流動(dòng)充分發(fā)展段；流體與壁面具有中等以下的溫差：氣體≤50℃；水≤20～30℃；油≤10℃Ref＝104～1.2×105，Prf＝0.7～120對(duì)于恒壁溫、恒熱流邊界條件均適用不適用于Pr數(shù)很小的液態(tài)金屬

推廣使用時(shí)的修正：1.溫差大于適用范圍時(shí)：流體的粘度受溫度影響，截面速度分布與等溫情況有差異，從而影響換熱，需要引入修正系數(shù)ct：氣體ct＝液體ct＝1被加熱被冷卻被加熱被冷卻適用大溫差的其它計(jì)算公式：

格尼林斯基公式（精度較好）見教材（6-21）式通式（迪圖斯－貝爾特公式）：加熱流體

n＝0.4冷卻流體n＝0.3管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

推廣使用時(shí)的修正：考慮入口段影響時(shí)：由于熱邊界層薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加，需要引入大于1的修正系數(shù)cl：cl＝1+(d/l)0.7螺旋管或彎管：由于二次流破壞了熱邊界層，強(qiáng)化了傳熱，需引入修正系數(shù)cr：氣體液體R為螺旋管或彎管的曲率半徑修正后迪圖斯－貝爾特公式：通式（迪圖斯－貝爾特公式）：加熱流體

n＝0.4冷卻流體n＝0.3管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式管內(nèi)湍流對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

格尼林斯基公式式中：定性溫度取為進(jìn)出口流體平均溫度的算術(shù)平均值；特征流速為管內(nèi)平均流速；特征長(zhǎng)度為管內(nèi)徑；非圓截面管，特征長(zhǎng)度取為當(dāng)量直徑de＝4Ac/P（Ac為截面積，P為濕周）。適用范圍：光滑管道湍流流動(dòng)過(guò)渡區(qū)與充分發(fā)展段；

Ref＝2300～106，Prf＝0.6～105相比于其它管內(nèi)湍流對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式具有較高精度6.3.3管內(nèi)層流對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

齊德－泰特公式式中：定性溫度取為進(jìn)出口流體平均溫度的算術(shù)平均值；特征流速為管內(nèi)平均流速；特征長(zhǎng)度為管內(nèi)徑；適用范圍：

入口段；層流Re<2300，且教材表6-2～6-4

（管內(nèi)層流充分發(fā)展段）特點(diǎn)：邊界條件與換熱有顯著影響（恒熱流的Nu>恒壁溫的Nu）；層流充分發(fā)展時(shí)的換熱與Re數(shù)無(wú)關(guān)。管內(nèi)層流入口段

6.3.4管槽內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流換熱的強(qiáng)化：機(jī)理：減薄或消除熱邊界層。措施：增加流速、增加內(nèi)壁粗糙度；內(nèi)肋管、內(nèi)螺紋管；彎管、扭曲管等。注意：強(qiáng)化傳熱的措施往往引起流動(dòng)阻力的增加，需要綜合考慮。

6.3.5微細(xì)尺度通道內(nèi)的流動(dòng)與傳熱及納米流體傳熱：MEMS:特征尺度10-6m～10-3m，流動(dòng)與傳熱存在尺度效應(yīng)。克努森數(shù)：Kn＝λ/lKn≤0.001，連續(xù)介質(zhì)區(qū)0.001<Kn<0.1，速度滑移與溫度跳躍區(qū)0.1<Kn<10，過(guò)渡區(qū)Kn≥10，自由分子區(qū)特點(diǎn)：控制過(guò)程的作用力影響顯著變化；表面粗糙度影響顯著變化；壁面導(dǎo)熱影響明顯；流體的可壓縮性；氣體的稀薄性。納米流體：基礎(chǔ)流體中添加納米尺度顆粒構(gòu)成的復(fù)合流體。P254例題6-3傳熱學(xué)HeatTransfer無(wú)相變對(duì)流換熱問(wèn)題的一般計(jì)算步驟

判斷問(wèn)題的性質(zhì)（有無(wú)相變？自然對(duì)流or強(qiáng)制對(duì)流？?jī)?nèi)部or外部？層流or湍流？）；選擇正確的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，注意區(qū)分局部Nux和平均Nu

數(shù)；注意準(zhǔn)則數(shù)中特征流速、特征長(zhǎng)度和定性溫度的選?。挥?jì)算前有未知參數(shù)時(shí)，先取初始假定值，然后迭代求解；由Nu或h代入牛頓冷卻公式計(jì)算熱流量或熱流密度；計(jì)算換熱量時(shí)有時(shí)必須考慮熱輻射的影響；依據(jù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大致范圍判斷計(jì)算的準(zhǔn)確性。傳熱學(xué)HeatTransfer6-4外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式外掠平壁層流對(duì)流換熱：

外部流動(dòng)：換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，不受鄰近壁面的約束。（外掠平壁、橫掠單管、外掠球體、橫掠管束）Re<5105,層流Re>5105,湍流橫掠單管對(duì)流換熱：流體沿著垂直于管子軸線的方向流過(guò)管子表面。流動(dòng)具有邊界層特征，還會(huì)發(fā)生繞流脫體現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，脫流強(qiáng)化了傳熱，但是增加阻力損失。傳熱學(xué)HeatTransfer橫掠單管繞流的特點(diǎn)：前半圓周：壓力減小，速度增加后半圓周：壓力增加，速度減小逆壓梯度是造成流動(dòng)分離的直接原因6-4外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式壓力減小壓力增加傳熱學(xué)HeatTransfer橫掠單管繞流的特點(diǎn)：Re＝10～1.5×105：層流，脫體角φ＝80?～85?Re≥1.5×105：湍流，脫體角φ＝140?6-4外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué)HeatTransfer橫掠單管繞流對(duì)流換熱的特點(diǎn)：圓柱體繞流對(duì)流換熱的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不僅與Re，Pr相關(guān)，而且與流動(dòng)分離相關(guān)。平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式采用基于不同Re范圍的分段冪次函數(shù)表示。6-4外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué)HeatTransfer橫掠單管對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：式中：C,n的值見教材表6-5；定性溫度tm＝(tw+t∞)/2；特征長(zhǎng)度為管外徑d；特征速度為來(lái)流速度u∞注意：對(duì)于氣體和液體均適用；適用范圍：t∞＝15.5～980℃，tw＝21～1046℃，Re＝0.4～4×105計(jì)算時(shí)需要分段取值；非圓截面亦適用，此時(shí)C,n

的取值及適用的Re范圍見教材表6-6；對(duì)于整個(gè)實(shí)驗(yàn)范圍均適用的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為邱吉爾-朋斯登公式（教材式6-29）分段冪次關(guān)聯(lián)式6-4外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

例溫度為27℃的空氣以2.0m/s的速度垂直掠過(guò)直徑等于50mm的圓管，管壁溫度保持tw=77℃，求平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：假設(shè)：(1)常物性；(2)忽略輻射影響外掠單管定性溫度為物性參數(shù)：

=0.0284W/(mK)，

=18.15×106m2/s，Pr=0.698C=0.193，n=0.618據(jù)Re=5510，由表6-5若采用邱吉爾和伯恩斯坦提出的關(guān)聯(lián)式兩者相對(duì)誤差約10%（適用于RePr>0.2，定性溫度為邊界層的平均溫度tm

）傳熱學(xué)HeatTransfer縱掠單管對(duì)流換熱如何考慮？可視為長(zhǎng)l，寬πd的外掠平板6-4外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式u∞，t∞外掠球體對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式Re<5105,層流Re>5105,湍流式中：定性溫度為來(lái)流溫度；特征流速為來(lái)流速度；特征長(zhǎng)度為球直徑；適用于：Pr＝0.71～380，Re＝3.5～7.6e+4傳熱學(xué)HeatTransfer橫掠管束對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：橫掠管束流動(dòng)的特點(diǎn)：換熱器中常用；分為叉排和順排兩種形式。叉排擾動(dòng)大，換熱強(qiáng)，但阻力損失大；順排擾動(dòng)小，換熱弱，但是阻力小，且易于清洗；前后排間的干擾可引入修正系數(shù)，由于排數(shù)越多，擾動(dòng)加劇，換熱增強(qiáng)，所以大于16排后不需要修正。注意：管束流動(dòng)Re計(jì)算時(shí)特征流速取為最窄截面的平均流速。6-4外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

順排（表6-7），叉排（表6-8）定性溫度tm＝進(jìn)出口流體平均溫度;適用于管排總數(shù)≥16；管距參數(shù)s1,s2包含于公式適合Pr＝0.6～500，Re＝1～2×106管排總數(shù)小于16時(shí)修正（表6-9）傳熱學(xué)HeatTransfer橫掠管束對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：茹卡烏斯卡斯關(guān)聯(lián)式6-4外部流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式P262例題6-5傳熱學(xué)HeatTransfer作業(yè)6-196-216-35傳熱學(xué)HeatTransfer6-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

自然對(duì)流：由流體自身溫度場(chǎng)的不均勻而引起密度不均勻，并在重力作用下產(chǎn)生浮升力而引起的流動(dòng)現(xiàn)象。gtdowntuptdown>tup絕熱絕熱特點(diǎn)：自然對(duì)流的流動(dòng)和傳熱不需要外界動(dòng)力源；驅(qū)動(dòng)力為溫差，但是有溫差不一定存在自然對(duì)流；不均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)發(fā)生于近壁薄層，速度分布具有兩頭小、中間大的特點(diǎn)；自然對(duì)流也分為層流和湍流。判別準(zhǔn)則為格拉曉夫數(shù)Gr;自然對(duì)流的準(zhǔn)則方程式：Nu＝f(Gr,Pr)；按流動(dòng)的邊界層是否受干擾，分為大空間自然對(duì)流和有限空間自然對(duì)流。傳熱學(xué)HeatTransfer

自然對(duì)流：由流體自身溫度場(chǎng)的不均勻而引起密度不均勻，并在重力作用下產(chǎn)生浮升力而引起的流動(dòng)現(xiàn)象。特點(diǎn)：自然對(duì)流的流動(dòng)和傳熱不需要外界動(dòng)力源；驅(qū)動(dòng)力為溫差，但是有溫差不一定存在自然對(duì)流；不均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)發(fā)生于近壁薄層，速度分布具有兩頭小、中間大的特點(diǎn)；自然對(duì)流也分為層流和湍流。判別準(zhǔn)則為格拉曉夫數(shù)Gr;自然對(duì)流的準(zhǔn)則方程式：Nu＝f(Gr,Pr)；按流動(dòng)的邊界層是否受干擾，分為大空間自然對(duì)流和有限空間自然對(duì)流。u(x,y)ygxvu6-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué)HeatTransfer

自然對(duì)流：由流體自身溫度場(chǎng)的不均勻而引起密度不均勻，并在重力作用下產(chǎn)生浮升力而引起的流動(dòng)現(xiàn)象。特點(diǎn)：自然對(duì)流的流動(dòng)和傳熱不需要外界動(dòng)力源；驅(qū)動(dòng)力為溫差，但是有溫差不一定存在自然對(duì)流；不均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)發(fā)生于近壁薄層，速度分布具有兩頭小、中間大的特點(diǎn)；自然對(duì)流也分為層流和湍流。判別準(zhǔn)則為格拉曉夫數(shù)Gr;(豎平板，Grc＝109)自然對(duì)流的準(zhǔn)則方程式：Nu＝f(Gr,Pr)；按流動(dòng)的邊界層是否受干擾，分為大空間自然對(duì)流和有限空間自然對(duì)流。6-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

自然對(duì)流的主要準(zhǔn)則數(shù)：格拉曉夫數(shù)Gr自然對(duì)流的浮升力＝式中：α

為體積膨脹系數(shù)自然對(duì)流動(dòng)量微分方程無(wú)量綱相似分析法式中：?t=tw-t∞θ

為過(guò)余溫度＝t-t∞自然對(duì)流的準(zhǔn)則方程式：Nu＝f(Gr,Pr)理想氣體：α＝1/T自然對(duì)流動(dòng)量方程傳熱學(xué)HeatTransfer

自然對(duì)流：由流體自身溫度場(chǎng)的不均勻而引起密度不均勻，并在重力作用下產(chǎn)生浮升力而引起的流動(dòng)現(xiàn)象。特點(diǎn)：自然對(duì)流的流動(dòng)和傳熱不需要外界動(dòng)力源；驅(qū)動(dòng)力為溫差，但是有溫差不一定存在自然對(duì)流；不均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)發(fā)生于近壁薄層，速度分布具有兩頭小、中間大的特點(diǎn)；自然對(duì)流也分為層流和湍流。判別準(zhǔn)則為格拉曉夫數(shù)Gr;自然對(duì)流的準(zhǔn)則方程式：Nu＝f(Gr,Pr)；按流動(dòng)的邊界層是否受干擾，分為大空間自然對(duì)流和有限空間自然對(duì)流。大空間：熱邊界層不受相鄰壁面干擾的均可視為大空間。a/H>0.286-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué)HeatTransfer

大空間自然對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：恒壁溫tw＝const式中：C,n的值見教材表6-10；定性溫度取平均溫度tm＝(tw+t∞)/2；特征長(zhǎng)度對(duì)于豎平板和豎圓柱取高度H，對(duì)于橫圓柱取外徑d。說(shuō)明：自然對(duì)流為湍流時(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h與特征長(zhǎng)度H,d無(wú)關(guān)，稱為自模化。實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用小尺寸模型；理想氣體時(shí)，體積膨脹系數(shù)α＝1/T,其它介質(zhì)的物性由定性溫度查物性參數(shù)表；對(duì)于豎圓柱，徑高比d/H

必須滿足分段冪次關(guān)聯(lián)式6-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué)HeatTransfer

大空間自然對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：恒壁溫tw＝const水平平板式中：定性溫度取平均溫度tm＝(tw+t∞)/2；特征長(zhǎng)度取為A/P，其中A為平板面積，P為平板周長(zhǎng)。水平平板熱面朝上：水平平板熱面朝下：6-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué)HeatTransfer

大空間自然對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：恒熱流qw＝const水平平板恒熱流情況下壁面溫度tw未知，采用修正的Gr數(shù)來(lái)計(jì)算：式中：B,m的值見教材表6-11；定性溫度取平均溫度tm＝(tw+t∞)/2；特征長(zhǎng)度對(duì)于矩形取短邊長(zhǎng)。該關(guān)聯(lián)式主要應(yīng)用于電子元器件自然對(duì)流換熱計(jì)算。6-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式P274例題6-6傳熱學(xué)HeatTransfer

有限空間自然對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：封閉空氣夾層

豎封閉夾層式中：定性溫度取平均溫度tm＝(tw1+tw2)/2；特征長(zhǎng)度為夾層厚度δ。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍6-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué)HeatTransfer

有限空間自然對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：封閉空氣夾層

水平封閉夾層式中：定性溫度取平均溫度tm＝(tw1+tw2)/2；特征長(zhǎng)度為夾層厚度δ。注意：當(dāng)夾層的Grδ

很小時(shí)，封閉空氣夾層的傳熱過(guò)程為導(dǎo)熱；封閉空氣夾層的傳熱量＝自然對(duì)流+輻射換熱。6-5自然對(duì)流換熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式傳熱學(xué)HeatTransfer作業(yè)6-446-55傳熱學(xué)HeatTransfer

6-6射流沖擊傳熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式流體在壓差作用下通過(guò)噴嘴或窄縫高速噴射到被冷卻物體表面，在直接沖擊區(qū)域產(chǎn)生的強(qiáng)烈對(duì)流傳熱。滯止點(diǎn)的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最高傳熱學(xué)HeatTransfer

6-6射流沖擊傳熱及其實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式不同H