输赢读后感-体育教师述职报告

§4-3 流体在管内受迫对流换热
学习对流换热的目的：学会解决实际问题；会计算表 面传热系数h
工程上、日常生活
中有大量应用：
暖气管道、各类热
水及蒸汽管 道、换
热器

1 管槽内强迫对流换热的特点及几个重要的物理量
（1 ）流动状态
层流、紊流；临界雷诺数Re
c
=2300
Re=
um
d
ν
4
=<2300 —— 层流区
4
Re∈（2300， 10） —— 过渡区
Re>10 —— 紊流区

（2）入口段和充分发展段
图5-17 管内流动局部表面 传热系数h
x
的变化(1)层流;(2)湍流
L
t
l
层流：
≈0.05RePr
；

湍流
: >60
dd
研究方法：首先给出充分发展段的关联式，然后再引入入
口效应的修正

< br>（3）热边界条件——均匀壁温和均匀热流两种
湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。

（4）特征速度——取截面的平均流速 ，并通过流量获得
（5）截面平均温度——测量获得温度分布，然后采用公式计算
t
f
∫
A
c
p
ρ
tu
d
A
=
∫
A
c
p
ρ
u
d
A
c
c
也可以用实验直接
测量平均温度
（6）对数平均温差——计算总的传热量时，牛顿冷却定律为< br>Q=h
m
AΔt
m
Δt
m
是流体与壁面的温差。h< br>m
:整个管子的平均对流换热系数，
对于等热流密度条件，充分发展段的
Δt< br>m
是一个定值，但对于恒
壁温条件，则需要采用对数平均温差
t
′f
′
−
t
′
f
Δ
t
m
=⎛
t
w
−
t
′
f
⎞
⎟
ln< br>⎜
⎜
t
w
−
t
′
f
′
⎟< br>⎝⎠

2 影响对流换热的几个因素
（1）进口效应对换热的影响：进口段的h 比充分发展段的h 大
通 常计算平均表面传热系数的经验公式
由Ld>60的长管实验数据综合得到的
对于Ld<60短 管，应进行修正：
h
短管
=h
公式
C
l
0.7C
⎛
⎜
d
⎞
l
=1+
⎝
L
⎟
⎠

（2）流体热物性变化对换热的影响
对于液体：主要是粘性随温度而 变化
t↑ ⇒
μ
↓
对于气体：除了粘性，还有密度
和热导率等
t↑ ⇒
μ
↑，
ρ
↓，
λ
↑
流体平均温度相同的条件
下，液 体被加热时的表面
传热系数高于液体被冷却
加热时的值

计及流体热物性 对换热的影响，用热边界层的平均温度t
m
作
定性温度；引入温度修正系数：
⎛
μ
f
⎞
⎛
T
f
⎞
⎛
Prf
⎞
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
、 、
⎜
μ
⎟
⎜
T
⎟
⎜
Pr
⎟
⎝
w
⎠
⎝
w
⎠
⎝
w
⎠
（3）弯管 效应
离心力二次环流
nnn
换热增强
修正系数：
气体：
C
R
=1+1.77
(
dR
)
液体： C< br>R
=1+10.3
(
dR
)
R
—螺旋管曲率半径[m];
d
—管直径
[m]
3

（4）管壁粗糙 度的影响
粗糙管：铸造管、冷拔管等
层流：影响不大
湍流：粗糙度Δ>层流底层厚度< br>δ
时: 换热增强
粗糙度Δ<层流底层厚度
δ
时: 影响不大
有时利用粗糙表
面强化换热—强
化表面

3 管内湍 流强制对流换热实验关联式
换热计算时,先计算Re判断流态，再选用公式
（1）迪图斯- 贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：
0.8
m
Nu
f
=0.023Re
f
Pr
f
;
m
⎧
0.4 (
t
w
>
t
f< br>)
=
⎨
tt
<0.3 ()
wf
⎩
5
l
适用的参数范围：
10≤
Re
f
≤1.2×10; 0.7≤
Pr
f
≤120; ≥60
d
定性温度：进出口截面流体 平均温度的算术平均值；
4
特征长度：管内径d
评价：由于没有考虑物性的影响，误差 大；适用于壁面与流
体温差不很大(中等以下)
Δt<50C
(
气体
)
； Δt<20C
(
水
)
； Δt<10C
(< br>油
)
ooo

（2）当温度超过以上推荐值时，则可以采用下面任 一个公式计算
a
给迪图斯-贝尔特关联式加一个修正系数c
t
(a)
气体被加热时：
(b)
气体被冷却时：
⎛
T
f
⎞
⎟
c
t
=
⎜
⎜
T
⎟
⎝
w
⎠
c
t
=1
n
0.5
⎛
μ
f< br>⎞
⎟
(c)
液体：
c
t
=
⎜
⎜
μ
⎟
⎝
w
⎠
⎧
n
=
0.11液体被加热时
⎨
⎩
n
=
0.25
液体被
冷却< br>时
式中
μ
f
和
μ
w
分别是按流体平均温度及 壁面温度下的动力粘度

b 齐德-泰特（Sieder-Tate）关联式，考虑了物 性
Nu
f
=0.027Re
0.8
f
L
适用的参数 范围：
Re
f
≥10; 0.7≤Pr
f
≤16700; ≥6 0
d
4
⎛
μ
f
⎞
⎟
Pr
⎜
⎜
μ
⎟
⎝
w
⎠
13
f
0.14
定性温度：进出口截面流体平均温度的算术平均值t
f
特征长度：管内径d
Pr
f
⎞
⎟
c 米海耶夫关联式，考虑了物性
Nu
f
=⎟
Pr
⎝
w
⎠
L
46
10≤Re
f< br>≤1.75×10; 0.6≤Pr
f
≤700; ≥50
适用的参数范围 ：
d
0.8
0.021Re
f
0.43
⎛
Prf
⎜
⎜
0.25
定性温度：进出口截面流体平均温度的算术平均值tf
特征长度：管内径d

几点说明：
(1) 非圆形截面的槽道，采用当量直径d
e
作为特征尺度
(2) 入口段效应则采用前面介绍的修正系数乘以各关联式
(3) 对于螺旋管中的二次环流的影响，也采用前面的修正
系数乘以各关联式即可
(4) 以上关联式仅适用Pr >0.6的气体和液体.

4 管内层流换热关联式
(
Re<2300
)
层流换热的发展已经比较充分，并总结了如下结论：
(1) 层流对流换热中需要考虑热边界条件的影响
(2)充分发展段的Nu与Re无关
(3)层流中当 量直径仅是一个几何参数，不用它来统一不同截面通道的换
热与阻力计算的表达式
工程换热设备 中，层流换热常处于入口段范围，此时，推荐
采用下面的齐德－泰特的实验关联式计算平均Nu
d
13
⎛
η
f
Nu
f
=1.86(Re
f
Pr
f
)
⎜
⎜
η
l
⎝
w
适用的参数范围：
⎞
⎟
⎟
⎠
0.14
d
13
⎛
η
f
Re
f
<2300; 0.48f
<16700;
(Re
f
Pr
fl
)
⎜
⎜
η
⎝
w
⎞
⎟
⎟⎠
0.14
≥2

定性温度：流体平均温度t
f
特 征长度：管内径d
管子处于均匀壁温
微尺度换热简介：空间微尺度，时间微尺度和结构微尺度< br>1997年，美国创办了国际微尺度热物理工程杂志，标志着
微尺度传热已经成为了一个新的热点

作业:pp.121,
23, 26

§4.4外部流 动强制对流换热实验关联式
外部流动的定义：换热
壁面上的流动边界层与
热边界层能自 由发展，
不会受到临近壁面的限
制，例如，流体外掠平
板就是一种
本节以横掠单管和横掠管束为例
1 横掠单管换热实验关联式
(1)横掠单管的定义：
(2)特性：除了边界层外，还会产生绕流脱体，从而产生回
流、漩流和涡束

( 3) 绕流脱体的产生
过程
Stagnation pointSeparation point
Favorable pressure
gradient
Adverse
pressure gradient
∂ P
<0
∂x
∂P
>0
∂x

(4) 脱体的位 置：取决于Re，即：
Re<10时，不产生脱体
5
105
Re>1.5×10时，流动是湍流，产生在140°C左 右

(5) 外掠单管的当地对流换
热系数的变化
可见，影响外部流动换 热
的因素，除了以前各项
外，还要考虑绕流脱体的
发生位置
(6) 平均表面 传热系数，推
荐采用分段幂次关联式：
13
Nu
m
=
C Re
n
Pr
mm
⎡
t
∞
=
15.5~9 82
°
C
⎤
⎢
t
=
21~1046
°C
⎥
⎥
Valid for:
⎢
w
⎢
0.7
<
Pr
m
<
500
⎥
5
⎥
⎢
<<×
0.4Re410
⎣
⎦
m

式中，C 和n的值见表4－2定性温度为边界层内的平均温度t
m
t
m
=(t
w
+t
∞
)2
特征长度为管外径；Re中的特征速度为通道来流速度
u
∞
可见，上面公式虽然形式上非常简单，但是，需要分段考虑。