對(duì)流部分復(fù)習(xí)

傳熱學(xué)傳熱學(xué)#適用條件：0.6<Pr<60,5xl05<Re<107定型尺寸：板長(zhǎng)l定型尺寸：板長(zhǎng)l,定性溫度：tmt+t=-fw2管內(nèi)受迫對(duì)流換熱進(jìn)口段：從進(jìn)口到斷面流速和流態(tài)達(dá)到定型,入口效應(yīng)充分發(fā)展段：斷面流速分布和流動(dòng)狀態(tài)達(dá)到定型。流動(dòng)充分發(fā)展段的流態(tài)由Re=判斷：VRe<2300層流2300<Re<104過渡狀態(tài)Re>104旺盛紊流流動(dòng)充分發(fā)展段的特征du000，v二0dx熱充分發(fā)展段的特征：d(t—t)-1丿(0tdr)(0tdr)h=r=R=const=t—t九fwdr(tt—t'f-1丿fwrdr(t常物性流體在熱充分發(fā)展段的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)保持不變。Pr>1：熱進(jìn)口段>流動(dòng)進(jìn)口段Pr<1：熱進(jìn)口段<流動(dòng)進(jìn)口段紊流準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式⑴迪圖斯-貝爾特公式(Dittus-Boelter)力口熱流體Nu=0.023RePr(t>t)fffwf冷去卻流體Nu二0.023ReP-r(t<t)fffwfn=0.4時(shí)：h二f\u0.8,尢0.6,c0-4,p0.8,卩―0.4,d-0-2丿p適用條件：流體與壁面具有中等以下溫差(空氣50°C，水20°C)

I記口10,Re>104,Pr=0.7?160ff定性溫度：全管長(zhǎng)流體平均溫度定型尺寸：管內(nèi)徑d。⑵西得-塔特公式(Sieder-Tate)0.14Nu

Nu

f=0.027Reo.8Pri3ffRe>104f適用條件：ld>60,PrRe>104ff⑶格尼林斯基公式(Gnielinski)氣體：0.6<Pr<1.5,0.5<?<1.5,2300<Re<104fTfwNu

f0.0214(ReNu

f0.0214(Re0.8-100ff(d]1一231+17丿丈)0.45液體：1.5液體：1.5<Pr<500fPr0.05<j<20,2300<Re<106

PrfwNu二0.012(Re0.87Nu二0.012(Re0.87-280fff(Pr——flPrw\0.11丿層流準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式(1)西得-塔特公式(Sieder-Tate)Nu=1.86Re13Nu=1.86Re13Pri3fff(d￥3(、—f魏丿W0.14適用條件：常壁溫，0.48<Pr<16700,0.0044<生<9.75f4w定性溫度：全管長(zhǎng)流體平均溫度定型尺寸：管內(nèi)徑d⑵常物性流體熱充分發(fā)展段NuNu=4.36(常熱流q=const)fNu=3.66(常壁溫t=const)fwDarcy摩擦系數(shù)

f上f上Ref_0.3164

f_Re0.25外掠圓管對(duì)流換熱1、外掠單管層流Re_10000x~彷10Nuf_CRenNuf_CRenPr0.37ff——fPrl"丄丿w定性溫度：主流溫度。定型尺寸：管外徑。適用范圍：0.7<Pr<500,1<Re<106ff當(dāng)Pr>10,Pr的冪次由0.37改為0.36。ff2、外掠管束后幾排管子的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可達(dá)到第1排的1.3~1.7倍。Nuf_CNuf_CRenPr0.36ff‘Pr)0.25(——fPrlwJw表6-2S詮：相對(duì)管間距；￡：排數(shù)影響的修正系數(shù)(表6-3)。Sz2適用范圍：0.7<Pr<500f自然對(duì)流1、無限空間自然對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式Nu_C(Gr-Pr)n_C-Ran瑞利準(zhǔn)則：Ra_Gr-Pr自?；鹤匀粚?duì)流紊流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與定型尺寸無關(guān)2、有限空間自然對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式

Nu=C(Gr-Pr)m—ssIH丿定型尺寸S，定性溫度t=〔1*〔，2m2凝結(jié)換熱1、概念膜狀凝結(jié)與珠狀凝結(jié)2、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)豎壁平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=h=0.943Vgrp2九3

卩l(xiāng)(t1)lsw水平圓管平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：水平圓管平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：h=h=0.725Hgrp2尢3i_i-|lxd(t—tlswh(lh(l\14其他條件相同時(shí)，你=0.77-IhV,I；d=50日寸，h=2h。'HV冷凝器常用橫管布置。定性溫度：冷凝器常用橫管布置。定性溫度：tm=I2f，潛熱r按蒸氣飽和溫度t確定。s3、影響因素⑴蒸氣流速⑵蒸氣含不凝結(jié)氣體⑶表面粗糙度⑷管排數(shù)的影響4、增強(qiáng)凝結(jié)換熱的措施⑴改變表面幾何特征⑵有效地排除不凝結(jié)氣體⑶加速凝液的排除⑷盡可能采用珠狀凝結(jié)沸騰換熱飽和沸騰：一定壓強(qiáng)下，當(dāng)液體主體為飽和溫度t，壁面s溫度t高于t時(shí)的沸騰。ws過冷沸騰：主體溫度低于飽和溫度t，而t高于t的沸騰。sws沸騰溫差：飽和沸騰時(shí)，壁溫與飽和溫度之差A(yù)t二t-1。ws沸騰曲線：熱流密度q與沸騰溫差A(yù)t的關(guān)系曲線。核態(tài)沸騰、過渡沸騰和膜態(tài)沸騰的特征?？刂票跍嘏c控制熱流密度改變工況的區(qū)別?？刂茻崃髅芏葧r(shí)應(yīng)注意燒毀點(diǎn)C（臨界熱流密度qmax），須控制q的峰值。核態(tài)梆u過渡梆聘態(tài)沸燙.xt>汽膜Quun12461010010002000墜面過熱度A/=(t核態(tài)梆u過渡梆聘態(tài)沸燙.xt>汽膜Quun12461010010002000墜面過熱度A/=(tw-f,)/lC然流自對(duì)成核條件過熱度汽化核心：壁面上的凹坑、細(xì)縫、裂穴等。典型題分析1、把熱水倒入一玻璃杯后，立即用手撫摸玻璃杯的外表面時(shí)不感到杯子燙手。但如果用筷子快速攪拌熱水，很快就會(huì)覺得杯子燙手，試解釋這一現(xiàn)象。（西建大2005，6分）2、h=—^—的物理意義是什么？式中的九是壁面的導(dǎo)熱Atdyy=0系數(shù)還是流體的導(dǎo)熱系數(shù)？（東華2007，4分）3、空氣橫掠管束時(shí)，沿流動(dòng)方向管排數(shù)越多換熱越強(qiáng)，而蒸

汽在水平管束外凝結(jié)時(shí)，沿液膜流動(dòng)方向排數(shù)越多，換熱強(qiáng)度降低，為什么？（東華2005，8分）4、為什么珠狀凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比膜狀凝結(jié)的高?（西建大2005，6分）5、蒸汽中含有不凝性氣體將對(duì)膜狀凝結(jié)換熱產(chǎn)生什么影響？分析產(chǎn)生影響的原因。（重大2006，12分）6、當(dāng)把一杯水倒在一塊赤熱的的鐵板上時(shí)，板面上立即會(huì)產(chǎn)生許多跳動(dòng)著的小水滴，而且可以維持相當(dāng)一段時(shí)間而不被汽化掉，請(qǐng)從傳熱學(xué)的角度分析這一現(xiàn)象，并從沸騰曲線上找出開始形成這一狀態(tài)的點(diǎn)。（東華2006，7分）7、有人提出管內(nèi)定壁溫層流換熱的關(guān)聯(lián)式0.14Nu=Nu=1.86Rei3Pri3試說明：⑴該式適用于進(jìn)口段還是僅適用于充分發(fā)展段？⑵式中的下角碼“f”和“w”各表示什么？⑶（d/L）3和C廠屮）」4項(xiàng)分別用來修正什么影響?⑷定熱流時(shí)的Nuf與上式算得的值相比是偏大？偏小?還是相等?西建大小?還是相等?西建大2004，12分）8、光滑圓管內(nèi)受迫紊流換熱可用兩個(gè)公式來計(jì)算：（a）Nu=0.023Re0.8Pr0.4；（b）Nu=0.023Re0.8Pr0.3。試說明：ffffff⑴兩個(gè)公式各適用于什么情況？⑵公式的定型尺寸（包括非圓管道）和定性溫度；⑶公式的應(yīng)用范圍（準(zhǔn)則范圍？長(zhǎng)、短管？直、彎管？）⑷由公式提出增強(qiáng)管內(nèi)受迫紊流換熱的主要途徑（至少3條）。（西建大2006，6分）9、一般情況下粘度大的流體其Pr數(shù)也越大，有對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式Nu=cRemPrn可知（c、m、n均為常數(shù)，通常m>n>0），Pr越大，Nu也越大，從而表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h也越大，即粘度大的流體其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h也越大。這與理論分析和試驗(yàn)結(jié)果相矛盾，為什么？（重大2007，10分）10、有一塊長(zhǎng)為l二2m，厚度為8二40mm，材料導(dǎo)熱系數(shù)九=0.68W/（m-K）的平板（假定平板在長(zhǎng)度和寬度方向上為無限大），平放在絕熱表面上，平板內(nèi)具有均勻內(nèi)熱源q二4x104W/m3?，F(xiàn)有平均溫度t=40C的11號(hào)潤(rùn)滑油vf以u(píng)二0.6m/s的速度從平板上表面流過，試計(jì)算：⑴潤(rùn)滑油和平板上表面之間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；⑵距平板上表面10mm處平板內(nèi)的溫度；⑶平板內(nèi)的最高溫度。（重大2004，30分）附注：（1）11號(hào)潤(rùn)滑油的物性參數(shù)近似選取：九=0.1405W/（m-K），v=57.4xl0-6m2/s，Pr=723⑵流體外掠平板強(qiáng)制對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：Nu=0.664Re12Pr13mNu=（0.037Re45—871）P門3Re>5x105m11、導(dǎo)熱系數(shù)X=0.026W/（m-K）的流體外掠平板，通過實(shí)驗(yàn)已得出距平板前緣x處的溫度分布為t=40-2.5x103y；局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨板長(zhǎng)變化的關(guān)系為h=Ax-0.48，其中xA為常數(shù)W/Cnl.52K）。求：（1）板長(zhǎng)x內(nèi)的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h與h的比值；⑵當(dāng)x=0.5m流體與壁面的溫差為x10°C時(shí)，確定常數(shù)A的值。（重大2005，16分）12、對(duì)管內(nèi)充分發(fā)展的紊流流動(dòng)換熱，試分析在其他條件不變的情況下，將流體加熱相同溫升，而流體流速增加一倍時(shí)，管內(nèi)對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有什么變化？管長(zhǎng)又有何變化？（NU=O.O23Reo$Pro.4）（重大2004,10分）13、某換熱器中，冷卻水以2m/s的流速流過直徑d=20mm的長(zhǎng)管，已知管內(nèi)壁平均溫度為80°C，欲將水從進(jìn)口處的20°C加熱到出口處的50C,試計(jì)算對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和所需管長(zhǎng)。（西建大2006，20分）準(zhǔn)則方程：Nu=0.023Re0$Pw（紊流）fffNu=1.86QePr呀）3〔匕Y"（層流）fff八（卩丿w水的物性：t九[W/m.K]P[kg/m3]c[kJ/kg.K]pvx106[m2/s]卩x106[Pa.s]Pr200.599998.24.1831.00610047.02300.619995.74.1780.850801.25.42400.634992.24.1780.659653.14.31500.648988.14.1830.556549.23.5414、一管殼式蒸汽-水換熱器,其管束由外徑20mm,內(nèi)徑18mm的銅管組成。t=130C的干飽和水蒸氣在管束外殼側(cè)放熱s凝結(jié)成為飽和水，其凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=6000W.（m2?K）；流量為2.78kg/s的水在管內(nèi)流動(dòng),o流速為0.8m/s，水的進(jìn)、出口溫度分別為55C和95°C。流體在管內(nèi)受迫流動(dòng)的準(zhǔn)則方程形式為：仆1p(d1GJIL丿sNu=cRemPrnw各實(shí)驗(yàn)常數(shù)如下表：流態(tài)cmnPs層流1.861/31/30.141/3紊流0.0270.81/30.140：當(dāng)t=f75C時(shí),c=4.19pkJkg-K；已知水的物性參數(shù)為P=975kg.m3；；-67x10-2W（m-K）；v=0.39x10-6m^s；Pr二2.38；卩=380.5x10-6（N-s）/m2。當(dāng)t二130°C時(shí)，，w卩=237.4x10-6（N-s）/m2。不計(jì)銅管的導(dǎo)熱熱阻，求：⑴管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h？i⑵管束由多少根銅管組成？⑶管束長(zhǎng)度？（重大2007，30分）15、兩根橫管具有相同的表面溫度，均放置在同一環(huán)境里被空氣自然對(duì)流所冷卻。第一根管子的直徑是第二根管子的直徑的10倍。如果兩根管子的GrPr值均處于104-107之間，自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為：Nu=c（GrPr）14。試求兩管自然對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的比值（h/h）及單位管12長(zhǎng)熱損失的比值（q-q）？（重大2006，12分）1112典型題解答1、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：強(qiáng)制對(duì)流>自然對(duì)流2、九為流體導(dǎo)熱系數(shù)3、空氣橫掠管束時(shí)，前排對(duì)后排形成擾動(dòng)。蒸汽在水平管束外凝結(jié)時(shí)，上層液體流入下層形成液膜，增大了熱阻。4、珠狀凝結(jié)沒有膜層熱阻5、蒸汽中含有不凝性氣體會(huì)顯著惡化凝結(jié)換熱6、膜態(tài)沸騰，膜層熱阻較大7、⑴適用于進(jìn)口段

⑵“f”和“w”表示定性溫度為流體溫度和壁面溫度⑶Sl)3修正進(jìn)口效應(yīng)，C.屮)14修正物性影響f'w⑷定熱流時(shí)的Nuf比上式算得的值偏大8、(1)(a)加熱流體；⑹冷卻流體⑵定型尺寸管徑d或d,定性溫度流體平均溫度;e應(yīng)用范圍：Re>104旺盛紊流，長(zhǎng)、直管道f提高流速，選擇密度大、導(dǎo)熱系數(shù)大的流體n=0.4時(shí)：h=fC0.8,九0.6,C0.4,p0.8,卩-0.4,d-0-2)pNUXVn-m，粘度大的流體其表面?zhèn)鳠?NUXVn-m，粘度大的流體其表面?zhèn)鳠醰a系數(shù)h小。10、解：⑴Re=Ulv5肪=2?099104，為層流Nu=0.664ReF2Pr13=0.664x（2.09xl04）2972313=861.6mNu九861.6x0.1405h=l==60.5W/m2-Kml⑵平板內(nèi)導(dǎo)熱微分方程：+qv=0dy2九邊界條件：dtdy=0y=0dt-九一dy邊界條件：dtdy=0y=0dt-九一dy=h解得：y=St=2V62-y2-1）y=Sfh+tf距平板上表面10mm處平板內(nèi)的溫度:t=鵝紅42-°.032)++40=87.°°。⑶平板內(nèi)的最高溫度位于y=0處t=x0.042+4x104x0.04+40=113.5C1A-X0.521A-X0.520.52?xA?X-0.48h1JXA?X-0.48dx11、(1)h=4hA?x-0.48x⑵h⑵h=丄理xAtdy0-026X(-2-5152-Kh=A-x-0.48nA=h-x0.48=6.5xO.5o.48=4.66W/Cm1.52K)xx12、12、NuxReo$=(ud流速增加一倍，則h提高2o.8=1.74倍，即提高74%。要保持流體加熱相同溫升，即換熱量增加一倍，則管長(zhǎng)心滸=為=肅=心，即需加長(zhǎng)15%。13、13、t='；+':-20旦=35C2Re=Ud=2X0.02=52980，為紊流v0.755x10-6Nu=O.O23Reo-8Pro.4=0.023x5298Oo$x4.87o-4=260.60.02h=怛=260.6xO.626=8156.8W/m2?Kd

0.02O=meAt=pu^^cAtp4p=994x2x3.14x0.022x4.178x30=78.24kW①=h?兀dl-AtmAt

mAt'—At〃At

m60==河=皿60ln3015、I=h?兀d-Atm78.24x1038156.8x3.14x0.02x15、I=h?兀d-Atm78