传热学课件第六章 单相流体对流换热.ppt

第六章单相流体对流换热及准则关联式
第一节管内受迫对流换热
第二节外掠圆管对流换热
第三节自然对流换热
作业
第一节管内受迫对流换热
一、定性分析(基本概念)

1>.对于流动状态:由 Re=umd/判断
一般:Re<2300 管内流动为层流
Re>104 管内流动为旺盛紊流
2300<Re<104 管内流动为过渡状态
流动进口段:从管口开始到流动状志定型之间的距离。此时:
u=f(x,r)
流动充分发展段:进口段后,流态定型,流动已得到充分发展。此时:
r=0;
u/x=0,但u/y≠0。
第一节管内受迫对流换热
一、定性分析(基本概念)

2>.对于换热状态
热进口段:与流动边界层相类似,自管口开始经一段距离后,热边界层闭合,换热状态达到定型的这段距离。
热充分发展段:热进口段后,换热状态定型,已经得到充分发展,故称为~。
热充分发展段后,因流体不断换热,流体断面平均温度tf随x是不断变化的,但分析证明,无因次温度(tw-t)/(tw-tf)将保持不变,即:
第一节管内受迫对流换热
由于无因次温度不随x发生变化,仅是r的函数,故对无因次温度求导后再令r=R,则上式显然应等于一常数。又据傅里叶定律:q=-(t/r)r=R及牛顿冷却公式:q=h(tw-tf),上式变为:
一、定性分析(基本概念)

2>.对于换热状态
将上述无因次温度对r求导后且令r=R时有:
上式表明:常物性流体在热充分发展段换热系数h保持不变。这是热充分发展段的重要特性。
第一节管内受迫对流换热
一、定性分析(基本概念) 2>.对于换热状态
Re<2300层流状态
x/d
h
h
hx
入口段
充分发展段
x↑→↑→hx↓,当=R后,因=R不变, x↑→hx不变。
hx→不变时距离,即进口段长度参见式3a、3b。
第一节管内受迫对流换热
一、定性分析(基本概念) 2>.对于换热状态
Re>104紊流
入口段
充分发展段
x/d
h∞
h
h
hx
x↑→(层流)↑→hx↓,x↑↑→边界层转入紊流→c↓→ hx↑,
x↑↑↑→c不变而↑→ hx↓,x↑↑↑↑→c不变且=R→ hx不变。
此时hx不变的距离(即进口段长度):L/d=10~45
第一节管内受迫对流换热
一、定性分析(基本概念)

3>.长管与短管
一般当L/d≥60时,称为长管,否则按短管计算。
4>.Pr数与流动、热进口段长度的关系
流动进口段与热进口段不一定相等。只有当Pr=1时两者才相等。
当Pr=/>1时,相同的x处,>t,→达到同样的尺寸R时,流动边界层快些,即流动边界比热边界层更快地管中心线闭合,此时,流动进口段比热进口段短。
当Pr=/<1时,情形正好与Pr>1时相反,此时,流动进口段比热进口段长。
第一节管内受迫对流换热
另外,不同断面具有不同的tf值,即tf随x变化,变化规律与边界条件有关。
一、定性分析(基本概念)

1>.管内流体平均速度um
2>.管内流体平均温度
第一节管内受迫对流换热
一、定性分析(基本概念)

2>.管内流体平均温度
①常热流通量边界条件: 如图,此时:tw>tf
经分析:充分发展段后:
tf呈线性规律变化
tw也呈线性规律变化
此时,管内流体的平均温度为:
进口段
充分发展段
t
x
tw/
tf/
tw//
tf//
其中:tf/、tf//分别为进出口断面流体的平均温度。为方便起见,一般仍将全管流体的平均温度记作tf。
第一节管内受迫对流换热
一、定性分析(基本概念)

2>.管内流体平均温度
②常壁温边界条件: 设进出口温差分别为△t/、△t/。
经分析有:
表明tf随x呈对数规律变化。
t
x
tw=Const
tf/
tf//
△t/
△t//
此时tw>tf
tf(x)
△t//△t//<2,则:
tf=(tf/+tf//)/2
△t//△t//≥2,则:tf=tw±△tm
其中: