第十章強迫對流

10-5強迫對流換熱

ForcedConvectionheattransfer

—管內(nèi)流動Internal

—外部流動External管內(nèi)流動換熱器的管側(cè)流體流動與換熱輪機葉片內(nèi)的冷卻流道內(nèi)的流體流動與換熱等…外部流動換熱器的殼側(cè)流體流動與換熱輪機葉片表面的流體流動與換熱等…10-5-1

管內(nèi)強迫對流換熱我們已掌握……邊界層理論,N-S方程組我們接下來要做什么:建立管內(nèi)流動對流換熱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式ro1、管內(nèi)流動的流態(tài)

層流： 過渡區(qū)： 湍流：2、入口段與充分發(fā)展段

流動入口段與充分發(fā)展段對于管內(nèi)等溫層流，流動充分發(fā)展段具有以下特征：(a)沿軸向的速度不變，其它方向的速度為零；(b)圓管橫截面上的速度分布為拋物線形分布；(c)沿流動方向的壓力梯度不變，阻力系數(shù)f為常數(shù)l—管長；d—管內(nèi)徑流動進口段長度：熱入口段與充分發(fā)展段:進口段邊界層沿x方向由薄變厚，hx由大變小，對流換熱逐漸減弱。入口段的熱邊界層薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段高。熱入口段長度:層流湍流熱充分發(fā)展段的特征：在壁面處，

對于常物性流體，由上式可得hx為常數(shù)。這一結(jié)論對于管內(nèi)層流和湍流、等壁溫和常熱流邊界條件都適用邊界條件: 1、第一類：常壁溫 2、第二類：常熱流牛頓冷卻公式中

tf——流體特征溫度

對常熱流邊界條件

平均溫差:(1)對長管（入口段可忽略）的充分發(fā)展段，采用管子出口處流體溫差(2)對于短管，入口段不可忽略，可近似取進出口溫差的算術(shù)平均值

對常壁溫條件

入口出口對數(shù)平均溫差管內(nèi)層流充分發(fā)展段的對流換熱系數(shù)

續(xù)表

定性溫度為流體的平均溫度（要按壁面溫度查?。?，定性長度為管子內(nèi)徑，應(yīng)用于常壁溫的條件應(yīng)用條件管內(nèi)層流入口段

Sieder-Tateequation齊德－泰特公式:管內(nèi)湍流換熱

Dittus-boelterequation迪貝斯－貝爾特公式：加熱

，冷卻

。定性溫度為流體的平均溫度，定性長度為管子內(nèi)徑，用于常壁溫的條件應(yīng)用條件

此式適用與流體與壁面具有中等以下溫差場合。對于溫差相差較大的情況:（1）Dittus-boelter修正式加熱氣體，冷卻氣體，液體:加熱冷卻（2）Sieder-Tate公式：

應(yīng)用條件（3）米海耶夫公式：

由于流體溫度不均勻帶來的管內(nèi)速度分布的畸變修正系數(shù)如果管內(nèi)流道為非圓形，當(dāng)量直徑Hydraulicdiameter

Ac為流道截面面積.P為流體濕潤周邊長度.

彎管——強化換熱

液體氣體入口,Entranceregion

foredgeentrance

當(dāng)Pr<0.6,如液態(tài)金屬常熱流常壁溫強化管內(nèi)湍流換熱的措施將式10-58展開（取n=0.4，加熱）可見，當(dāng)流體種類確定后，設(shè)計中能改變的只有流速和管徑。h與流速的0.8次方成正比，提高流速對強化換熱非常顯著。h與管徑的0.2次方成反比，采用小管徑也是強化換熱的一種措施，但效果不及提高流速顯著。這些措施都會同時增加流動阻力，流速的影響也最大10-5-2外部流動的對流換熱外掠平壁外掠圓管外掠管束內(nèi)部流動與外部流動的區(qū)別外部流動:

邊界層自由發(fā)展，無約束內(nèi)部流動:

邊界層發(fā)展受約束，在充分發(fā)展段匯合1、外掠平壁當(dāng)Pr>0.6對流換熱系數(shù)特征數(shù)關(guān)聯(lián)式熱邊界層厚度對于第二類邊界.當(dāng)l>xc

，為層流和湍流并存的情況：平均對流換熱系數(shù)hm:臨界雷諾數(shù)，則2、外掠圓管和管束壓力降低壓力升高駐點脫體點尾跡邊界層過渡湍流時，邊界層內(nèi)流體動量更大，脫體擾動也更強烈外掠單管時的對流換熱對流換熱系數(shù)特征數(shù)關(guān)聯(lián)式由試驗得到局部Nu平均Nu通常，我們關(guān)心的是在整個表面的平均NuZhukauskas

公式定性溫度：主流區(qū)溫度t∞,Prw

：壁溫下查取.C,n——表10-2m：Pr>10，m=0.36;Pr≤10,m=0.37或,式中：C及n的值見下表；定性溫度為特征長度為管外徑；數(shù)的特征速度為來流速度實驗驗證范圍：℃，℃。對非圓柱物體上述公式對于實驗數(shù)據(jù)一般需要分段整理。邱吉爾與朋斯登對流體橫向外掠單管提出了以下在整個實驗范圍內(nèi)都能適用的準(zhǔn)則式。

式中：定性溫度為適用于的情形。外掠管束的對流換熱通常為交叉流管束排列可分為順排和叉排描述管束排布的參數(shù)包括：管子直徑D,橫向間距S1，縱向間距S2

C,m——表10-3εn——表10-4定性溫度：管束進出口流體平均溫度例題：在一鍋爐中，煙氣橫掠4排管組成的順管束，已知管外徑d＝60mm，s1/d=2,s2/d=2,煙氣平均溫度tf=600℃,tw=120℃.