坚壁自然对流换热系数计算研究
初中英语演讲稿-平安夜贺卡
一
I7
能源研究与利用
15.\
.
1997年
第1期
)
坚壁自然对流换热系数计算研究
墨垩 宣庳、/范铭
东南大学
动力I程系
了 /2
丹提要 本文对竖壁自然对流求解提出 新的条件假设,络出j其合理
的
控制方程。通过计算,得出7自然对流计算的新准则关系式,拓展7准则的适用
范围,可
以为I程上精确计算采用。 :
—
关键词
一
,— ———一
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堡苎墨墼
—●。 ’一
专
’
、<
br>Bl 言
自然对流传热在工程实践中有着极其
广琵的应用。化工、动力、电子、宇航
等等领
域无不涉及到自然对流换热。到目前为止.
研究工作者在边界理论的先导下,已对自
然
对流进行了广 、深入她研究。实验表明,以
往的计算结果在太Grashof数(以下
简写为
Grx)下与实验值吻合很好,而中小Grx数
下的换热计算有着不小的误差,还没
有一个
果,尤其是中小Grx下的结果带来很大的
误差。
我们从满足壁面特性的
平衡条件出发,
可以导出在壁面上,该控制方程在Y方向
上分力平衡关系式为 ( )。=
一 (
耋)。为了保证这一平衡关系,我们认为第一
个假设条件应为:
成熟的、
公认的准则供工程上精确计算使
用。在工程上,人们碰到的也大多属中小
Grx数下的自然
对流问题。本文拟从竖壁自
声
:
(… 1)
于是可以建立简化后的热
边界层扩展
方程如下:
然对流控制方程的简化分析入手,最终得出
了合理的、在
整个层流流动范围内都适用的
准则方程。
宴+ 一0
“
(2.1)
:、控制方程分析及简化
控制自然对流流动的热边界层方程为
Navler--S
tokes偏微分方程组。为便于求
解.需进行量纲分析、条件假设及方程简化。
在简化中
.保证简化形式与Navier—Stokes
方程在物理上的一致性是极其重要的,为
此
,简化形式应力求保持方程在壁面上的平
衡条件,因为壁面特性在流动与传热研究中
是最重
要的。传统边界层理论在简化二维、
稳态、层流、不可压缩竖壁自然对流热边界
层方程组时
来用数量级分析法.其假设条件
3D
u
+十 言—一 一 嘉一7 罢一g+,
c +嘉,
(2.2)
挈一 窖 一
“
(2.3)
“否十
面 ‘罢+ 十 等+雾)(【z2-‘4 )
对应边界条件为:
=。: 一0、 =O
、I’=7 (壁面温
度) (3.1)
一~-o.考 z’ , =。
(3.
2)
_。
』
为: =0及; =0,通过分析 ,可以知道
∞ 假设条件 =0破坏了热边界层控制方程
在壁面上力的平衡关系式,这将给计算结
其中
u、v分别为x及y方向的分速度,
7为运动牯性系数,a为导温系数。
三、热边界层扩展
方程的无因次化
为了求得热边界层扩展方程(2)式的理
・16・ 能源研
究与利用 1997年第1期
论解,必须对其无因次化.下面通过相似变 寸)
(5.2)
换。 可以将(2)式转换为无因次流函数f及
Gr一—g(T
w --
Te)xa (5
—
无因次温度8的拟常微分方程组如下:
广
.
3
)
(1+ N) +3,・ 一2 +0=0
其边界条件相应转换为:
(4.1
)
=0:f=0 一0口 1(6.1)
; : 一0 一0 0=0
cpNf
 ̄'一{G,’{ ‘ +__1 i_1 ・
一
0 (6.2)
一
{
.月 (4
.
2)
很明显,(4.1)、(4.3)式需联立耦合求
(1
+Cep) +3Prf・0_ 一0(4.3)
解。
Cpe ̄ 一i1 L,
1
四、结果分析
・
,
% +吾Gr一}・
图1给出方程(4)
求得的壁面无量纲温
簟・ (4.4)
度梯度 (0)随Grx数的变化规律曲线 可 <
br>其 一√ . ( {
以看出当Grx≥10 时, (。)趋于一常数。
我们对该
曲线进行拟合,得函数关系如下:
(5.1)
0一
一—w7"
二 <
br>—
Te
j: x
,
-
=L
L
为定性尺
0.
8 0.
b 0
.
0・
0.
0・
0・
0.
0.
0.
阻1竖壁自燕对流壁面温度梯度
f一0.O0145238m +0.021l167m。一0.1O0301m十0.670356(1≤G
rx≤10 )
er(o)一{ 0・51867 (G >10‘) (7)
lm=l
g( ̄-Grx)
根据竖壁自然对流平均换热系数Nm(平均 Nm的计算公式为:
Nus
selt数)与Grx的关系计算,可以推得
…
[【 O3 .7V9 82 +.0 48
3G rx亍
(1≤Grx≤10 )
(8)
(Grx>10‘)
合
很好。
10 范围内Nm的变化曲线,同时给出了实
图3给出了层流状态下平均Nusse
lt
验值及相似解,可以发现,传统相似解在
数Nm的相对误差e (Nm)的变化规律曲
Grx较小时误差较大,而(4)式的理论解却
线。可以看出,在整个层流状态下其相对误
差是极小的,个别峰点应考虑实验的误差。
采用(8)式求解,而在大Grx数下,无论是
这也证明了采用边界层扩展方程(2)式及拟
传统相似解,还是各种理论解均能与实验符
常微分方程式(4)计算的正确性
1997年第1期 能源研究与利用 ・
17・
国2屉漉枝惠1芷堑目l糕对流干均Nussel ̄敷 国3干均Nussel
t最堤孟一线
五、结论 参考文献
1.热边界层扩展方程在大Grx下与传
1.
Schichting,H,Boundary—Layer
统解及实验值是一致的
The
ory 7tR Edition.McGraw—Hill Book
2.在中小Grx数下,换热
需用(8)式计
Company,(1979).
算
2.FanMing.In
oestigation On Expand—
3.(8)式可以为大量工程实践来用
e
d Boudary dayer Equation.Journal of
Therma1 Sc
ience.Vo14,No.1.1995
・
信息与动态・
邀瞧 酶啜溶瞧鑫乐
§镭奄
——
江苏阜宁县啤酒厂技改节电一举数得
江苏阜宁县啤酒厂加大技术改造力
度,应用节
耗高、生产成本犬,库温超过规定指标,啤酒酸度
能新产品,对生产设备进行节
电改造,摆脱了生产
大,影响镑售。对前酿库风机进行技术改造,采用耐
能耗高 质量差、
效益低的困境,今年该厂生产用电 台0.75kW节能型风机代替原6白2.2kW轴流风
与去年同
期相比,在产值 产量同等情况下,减少用
机,同时改变生产工艺,加桩进风管道直径,改接进 电140MWh,取得了显著的经济效益,受到了县三
风口,将原靠近幕发器位置加长1米距离,
加快了
电办表彰。
冷却速度。技改后经比较,使用两台0.75kW节能
阜宁县
啤酒厂年生产啤酒lokt,年用电量达
风机后,冷却效果超过原6台2.2kw轴流风机,减 2GWh 前几年,因生产不景气,销售滑坡,放橙对 少装机容量l0.2kW,技改前吨啤酒耗电量 <
br>生产用电考棱管理和设备技术改遣,遣成产品考棱
196kWh,库强平均温度达卧5"C,技
改后,吨啤{酉
超单耗,生产戚本高。为了提高产品质量,降低铺售
耗电量为l82kW'
h,减少电耗14kWh,库盟平均温
价格,参与市场竞争,加强内部挖潜,向技改节能要 度为7℃
,下降2.5"C。沮度下降,减少啤{酉的酸度-
效益。在1996年z月份啤酒锗售旺季前,对垒
厂生
使啤酒的质量进一步提高,改善了口感,锗售趋旺,
产动力设备排队摸底.该厂酿造车
间前酿库原使用 经测算年节电量遮140MWh,每千瓦时电费按
2.2kWh轴流降温风机6台,
合计装机容量
0.60元计算减少电费开支8.4万元,节电技改使他
13.2kW,该风
机属高能耗产品,风量小,加之进风 们尝到了盈『头。 (杨立窑捌钧)
管道细,进风口又掌近蒸发
器.降温效果差,造成电