單相對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式

1、1會計學單相對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式單相對流傳熱的實驗關(guān)聯(lián)式23返回4返回567( , , , , , )phf v dc 8返回9Nuf Re , Pr( , , , , , )phf v dc 返回106.2.2 應用相似原理指導?；瘜嶒瀾孟嗨圃碇笇；瘜嶒灒ń嶒災Ｐ停ń嶒災Ｐ停?.2.1 應用相似原理指導實驗的安排及實驗數(shù)據(jù)整理應用相似原理指導實驗的安排及實驗數(shù)據(jù)整理6.2.4 對實驗關(guān)聯(lián)式準確性的認識對實驗關(guān)聯(lián)式準確性的認識（如何正確地選擇公式）（如何正確地選擇公式）6.2.3 應用特征數(shù)方程應注意之點應用特征數(shù)方程應注意之點（如何正確地使用公式）（如何正確地使用公式）例題講

2、解例題講解返回11返回1213mnPrRecPr,RefNun 公式中的公式中的C、n和和m等常數(shù)需要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)采用作圖法、最小二乘等常數(shù)需要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)采用作圖法、最小二乘法等來確定。法等來確定。n 當采用作圖法確定特征數(shù)方程中的經(jīng)驗常數(shù)時，特征數(shù)方程采用冪函當采用作圖法確定特征數(shù)方程中的經(jīng)驗常數(shù)時，特征數(shù)方程采用冪函數(shù)形式的一個明顯的的優(yōu)點是在雙對數(shù)坐標圖中，冪函數(shù)曲線是直線數(shù)形式的一個明顯的的優(yōu)點是在雙對數(shù)坐標圖中，冪函數(shù)曲線是直線。從而根據(jù)直線的斜率和截距可以方便地得到待定的經(jīng)驗常數(shù)。從而根據(jù)直線的斜率和截距可以方便地得到待定的經(jīng)驗常數(shù)。140.80.40.023NuRePr返回15

3、返回16171819NuRePrfff、NuRePrmmm、wf,fwwT TPr20返回21例例5-35-3：一換熱設備的工作條件是：壁溫：一換熱設備的工作條件是：壁溫120 120 ，加熱，加熱8080的的空氣，空氣流速為：空氣，空氣流速為：u=0.5m/su=0.5m/s。采用一個全盤縮小成原設備。采用一個全盤縮小成原設備的的1/51/5的模型來研究它的換熱情況。在模型中亦對空氣加熱，的模型來研究它的換熱情況。在模型中亦對空氣加熱，空氣溫度空氣溫度1010，壁面溫度，壁面溫度3030。試問在模型中流速。試問在模型中流速u u應為多應為多大才能保證與原設備中的換熱現(xiàn)象相似。大才能保證與原設

4、備中的換熱現(xiàn)象相似。22解：模型與原設備中研究的是同類現(xiàn)象，單值性條件亦相似，解：模型與原設備中研究的是同類現(xiàn)象，單值性條件亦相似，所以只要已定準則所以只要已定準則ReRe，PrPr彼此相等既可實現(xiàn)相似。因為空氣的彼此相等既可實現(xiàn)相似。因為空氣的PrPr數(shù)隨溫度變化不大，可以認為數(shù)隨溫度變化不大，可以認為PrPr=Pr=Pr。于是需要保證的是。于是需要保證的是ReRe=Re=Re。據(jù)此。據(jù)此vulvlu 從而從而l vlvuu取定性溫度為流體與壁溫的平均值，取定性溫度為流體與壁溫的平均值，2/fwmttt從附錄查得：從附錄查得：smv261013.23smv261006.15已知已知l/ll/

5、l=5=5。于是，模型中要求的流速。于是，模型中要求的流速u u為：為：smsmsmsml vlvuu/63. 1/1013.235/1006.15/5 . 02626返回236.3.1 6.3.1 管槽內(nèi)強制對流流動與傳熱的一些特點管槽內(nèi)強制對流流動與傳熱的一些特點6.3.2 6.3.2 管槽內(nèi)湍流強制對流傳熱關(guān)聯(lián)式管槽內(nèi)湍流強制對流傳熱關(guān)聯(lián)式6.3.3 6.3.3 管槽內(nèi)層流強制對流傳熱關(guān)聯(lián)式管槽內(nèi)層流強制對流傳熱關(guān)聯(lián)式管內(nèi)強迫對流傳熱計算注意事項及例題講解管內(nèi)強迫對流傳熱計算注意事項及例題講解返回24返回25 2300Re230010000Re410Re層流：層流：過渡區(qū)：過渡區(qū)：旺盛湍

6、流：旺盛湍流：n 由于不同流態(tài)的流動和傳熱機理不同，實驗關(guān)聯(lián)式由于不同流態(tài)的流動和傳熱機理不同，實驗關(guān)聯(lián)式通常是按流態(tài)給出的通常是按流態(tài)給出的n 管槽內(nèi)流體的流態(tài)根據(jù)以管槽內(nèi)流體的流態(tài)根據(jù)以Re數(shù)來判斷（管道內(nèi)徑為特征長度、以數(shù)來判斷（管道內(nèi)徑為特征長度、以管內(nèi)流體的截面平均速度為特征速度、一般以流體進出口平均溫度管內(nèi)流體的截面平均速度為特征速度、一般以流體進出口平均溫度作定性溫度）。作定性溫度）。返回26層流層流 Re10427t/0.05 Re PrLdt60Ld湍流入口段長度湍流入口段長度層流入口段長度層流入口段長度n 思考思考：流動入口段和換熱入口段長度之間有何關(guān)系？主要受什么因素：流

7、動入口段和換熱入口段長度之間有何關(guān)系？主要受什么因素影響？影響？n 入口段長度：層流和湍流時的入口段長度不同，分別如下。（注意：入口段長度：層流和湍流時的入口段長度不同，分別如下。（注意：在管內(nèi)湍流對流傳熱時，在管子入口附近處，也是層流流態(tài)）在管內(nèi)湍流對流傳熱時，在管子入口附近處，也是層流流態(tài)）n 管內(nèi)對流傳熱時無量綱過余溫度定義：管內(nèi)對流傳熱時無量綱過余溫度定義：wfwtttt28返回293031返回32 f,pAcpAcc u r x t r x dAtc u r x dAn 由于流體要與壁面發(fā)生對流傳熱，因此無論何種情況，由于流體要與壁面發(fā)生對流傳熱，因此無論何種情況，tf總是沿管長總是

8、沿管長發(fā)生變化的發(fā)生變化的。這一點不同于流體外部流動對流傳熱的情況。這一點不同于流體外部流動對流傳熱的情況。n 截面流體平均溫度可以直接通過實驗測量得到，或在得到截面上的流截面流體平均溫度可以直接通過實驗測量得到，或在得到截面上的流體速度和溫度分布后由上述公式得到。體速度和溫度分布后由上述公式得到。n 由于管壁加熱或冷卻的影響，同一截面不同位置處流體溫度不同。前由于管壁加熱或冷卻的影響，同一截面不同位置處流體溫度不同。前面用的面用的tf均為管內(nèi)截面的均為管內(nèi)截面的流體平均溫度流體平均溫度。其定義式為：。其定義式為：ff12ftttwfxxqhtt33n 上式中的上式中的h為整個傳熱表面的平均表

9、面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要根據(jù)后面介紹的為整個傳熱表面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要根據(jù)后面介紹的特征數(shù)方程式得到?，F(xiàn)在來考慮如何確定特征數(shù)方程式得到?，F(xiàn)在來考慮如何確定t。n 很顯然，該很顯然，該t也應該是整個傳熱表面上的平均傳熱溫差，而不能是某也應該是整個傳熱表面上的平均傳熱溫差，而不能是某一管長處局部的傳熱溫差。一管長處局部的傳熱溫差。n 對于恒壁溫和橫熱流兩種熱邊界條件情況，它們的對于恒壁溫和橫熱流兩種熱邊界條件情況，它們的t確定方法也不同確定方法也不同。wfhA tthA t 34wfttt fwttt 或或35n 在恒壁溫條件，截面上的局部溫在恒壁溫條件，截面上的局部溫差是個變值，因此應采用由熱平

10、差是個變值，因此應采用由熱平衡方程得到的衡方程得到的對數(shù)平均溫差對數(shù)平均溫差。（。（該公式對流體被加熱適用該公式對流體被加熱適用）ffw2tttt wfwfffwfwfwfwflnlnlnttttttttttttttt n 當進出口截面上的溫差比在當進出口截面上的溫差比在0.5-20.5-2之間時，可以采用算術(shù)平均溫差之間時，可以采用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差，誤差在工程代替對數(shù)平均溫差，誤差在工程計算允許范圍內(nèi)計算允許范圍內(nèi)(4%)(=60（4）流體與壁面溫差為中等，即對氣體，溫差）流體與壁面溫差為中等，即對氣體，溫差50; 對水，溫差對水，溫差20-30 ; 粘性對粘性對溫度變化比較敏感

11、的油類，溫差溫度變化比較敏感的油類，溫差10 。（5）直管）直管n 如何對不滿足中等傳熱溫差、長管、直管的情況進行修正？如何對不滿足中等傳熱溫差、長管、直管的情況進行修正？返回38返回39n 通常有兩種辦法來考慮熱流方向和溫差對大小對傳熱規(guī)律的影通常有兩種辦法來考慮熱流方向和溫差對大小對傳熱規(guī)律的影響。響。A. 通過對關(guān)聯(lián)式的通過對關(guān)聯(lián)式的Pr數(shù)指數(shù)在加熱和冷卻是選取不同的數(shù)值來考數(shù)指數(shù)在加熱和冷卻是選取不同的數(shù)值來考慮。這是一種最簡單方便的方法。慮。這是一種最簡單方便的方法。B. 當流體和表面的溫差較大時，靠上面方法已不能充分反映物性當流體和表面的溫差較大時，靠上面方法已不能充分反映物性變化

12、的影響。這是需要采取引入溫差修正系數(shù)的方法（此時變化的影響。這是需要采取引入溫差修正系數(shù)的方法（此時n恒取恒取0.4），即在關(guān)聯(lián)式右端乘以溫差修正系數(shù)），即在關(guān)聯(lián)式右端乘以溫差修正系數(shù)ct。400.8ffft0.023 RePrnNuc0.55tfwcTTt1c0.11ftwc液體被冷卻時液體被冷卻時氣體被加熱時氣體被加熱時氣體被冷卻時氣體被冷卻時液體被加熱時液體被加熱時n 引入引入修正系數(shù)修正系數(shù)ct來考慮不均勻物性場對換熱的影響來考慮不均勻物性場對換熱的影響n 此時，此時，n無論加熱還是冷卻均取無論加熱還是冷卻均取0.40.25ftwcn 思考：思考：液體被冷卻時溫差修正系數(shù)公式中的指數(shù)大

13、于液體被加熱時液體被冷卻時溫差修正系數(shù)公式中的指數(shù)大于液體被加熱時的指數(shù)，是否說明被冷卻時傳熱強于加熱時？的指數(shù)，是否說明被冷卻時傳熱強于加熱時？410.71ldcL42r11.77dcRn 二次環(huán)流對傳熱的影響可以通過在特征數(shù)關(guān)聯(lián)式右端乘以一個螺旋二次環(huán)流對傳熱的影響可以通過在特征數(shù)關(guān)聯(lián)式右端乘以一個螺旋管修正系數(shù)管修正系數(shù)Cr來考慮。該系數(shù)的確定方法如下：來考慮。該系數(shù)的確定方法如下：對于對于氣體：氣體：對于對于液體：液體：3r110.3dcR返回43 ffff0.52 38Re1000 Pr1+12.78Pr1fNuf50.610fPr6f230010Re2. 格尼林斯基（格尼林斯基（G

14、nielinski）公式）公式n 實驗驗證范圍為實驗驗證范圍為n 特點：特點：精度很高、包含過渡區(qū)且能用于粗糙管情形精度很高、包含過渡區(qū)且能用于粗糙管情形 返回44由上式可知：由上式可知：n 流速和密度對流速和密度對h h影響最大，且為正影響；影響最大，且為正影響；n 物性中熱導率、密度、比熱容均為正影響，粘度為負影響；物性中熱導率、密度、比熱容均為正影響，粘度為負影響；n 管徑為負影響，管長對管徑為負影響，管長對h h無影響。無影響。),(4 . 02 . 06 . 04 . 08 . 08 . 0dcufhp45返回46472 2、齊德泰特（、齊德泰特（SiederSiederTateTa

15、te）公式）公式0.141/3fffw1.86/fRe PrNuLdn 三大特征量：三大特征量：定性溫度為定性溫度為tf，w按壁溫按壁溫tw確定；特征長度為管徑；特征確定；特征長度為管徑；特征速度為管內(nèi)流體平均流速速度為管內(nèi)流體平均流速n 適用條件為：適用條件為：層流、恒壁溫、入口段和充分發(fā)展段層流、恒壁溫、入口段和充分發(fā)展段n 實際換熱設備，在層流時的傳熱常處于入口段范圍，這時可采用該公式實際換熱設備，在層流時的傳熱常處于入口段范圍，這時可采用該公式。它既包含入口段、又包括充分發(fā)展段的層流對流傳熱。它既包含入口段、又包括充分發(fā)展段的層流對流傳熱480.141/ 3ffffwRe Pr1.86

16、/NuLdfw0.00449.75fPr0.4816700n 實驗驗證范圍為：實驗驗證范圍為：2)()Pr(Re14. 03/1wfffldn 最后一個條件說明該公式對最后一個條件說明該公式對l/d的大小有一定限制，不能超出某一范圍的大小有一定限制，不能超出某一范圍返回49502 2、計算步驟、計算步驟513 3、需要試算的問題類型、需要試算的問題類型52例例6-36-3： 水流過長水流過長l=5ml=5m、壁溫均勻的直管時，從、壁溫均勻的直管時，從Ctof3 .25Ctof6 .34 被加熱到被加熱到管子內(nèi)徑管子內(nèi)徑d=20mmd=20mm，水在管內(nèi)的流速為水在管內(nèi)的流速為u=2m/su=2

17、m/s，試確定壁面溫度及，試確定壁面溫度及h h。已知：已知：ml51smu/2Ctof6 .34 Ctof3 .25求：求：h h解（解（1 1）分析：無相變管內(nèi)強制對流）分析：無相變管內(nèi)強制對流用圓管內(nèi)強制對流公式；用圓管內(nèi)強制對流公式；可以判斷是否是長管；不用彎管修正；不能確定是否需要溫差修可以判斷是否是長管；不用彎管修正；不能確定是否需要溫差修正，需要先假設不需要，再校核。正，需要先假設不需要，再校核。 （2 2）定性溫度取流體進出口平均溫度）定性溫度取流體進出口平均溫度Ctttofff3026 .343 .2521 md02. 053查取物性，附錄查取物性，附錄9 9得：（一定要自己

18、查，才能發(fā)現(xiàn)問題）得：（一定要自己查，才能發(fā)現(xiàn)問題）KmWf/618. 0smv/10805. 02642. 5Pr f3/7 .995mkgkgkJcp/174. 4（3 3）計算）計算ReRe準則，判斷流態(tài)，選定公式。準則，判斷流態(tài)，選定公式。446101097. 410805. 002. 02RevudnfffNuPrRe023. 08 . 0（4 4）代入公式計算）代入公式計算h h，不考慮修正，不考慮修正因為是加熱流體因為是加熱流體n=0.4n=0.45 .25842. 51097. 4023. 04 . 08 . 04NuCmWdNuho/798802. 0618. 05 .258

19、546025002.05dlCttowfm3020是否是否故要求故要求t tww，先求先求 （下面采用的是算數(shù)平均傳熱溫差）（下面采用的是算數(shù)平均傳熱溫差）Wttcduffp242853 .256 .3410174. 4402. 027 .9954322fmwtthACDLhthAttofmfmw68.39502. 078952428530Cttofmw2068. 93068.39滿足公式溫差要求。滿足公式溫差要求。（5 5）考慮是否需要修正）考慮是否需要修正返回55返回56n 流體脫體位置取決于流體脫體位置取決于Re數(shù)。數(shù)。Re10，不出現(xiàn)脫體；，不出現(xiàn)脫體；10Re1.5 105，邊界，邊

20、界層在脫體前已轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎趯釉诿擉w前已轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，?=140處發(fā)生脫體。處發(fā)生脫體。5758CtCtowo104621,9805 .15n 三大特征量三大特征量：定性溫度：定性溫度(tw+t)/2, 特征長度為管外徑，特征流速為通道特征長度為管外徑，特征流速為通道來流速度。來流速度。n 該式對空氣的實驗驗證范圍為：該式對空氣的實驗驗證范圍為：n 該式是針對空氣得出的，但也可近似推廣到液體。該式是針對空氣得出的，但也可近似推廣到液體。59返回60wPrReReNu4 . 03/22/1)06. 04 . 0(2n 三大特征量三大特征量：定性溫度為來流溫度：定性溫度為來流溫度t，特征長度為球體

21、直徑，特征速，特征長度為球體直徑，特征速度為來流速度度為來流速度u 。n 公式驗證范圍為：公式驗證范圍為：4106 . 75 . 338071. 0RePr返回61n 管束叉排時流體沿流動方向截面交替收縮和擴張的通道流動，因此流管束叉排時流體沿流動方向截面交替收縮和擴張的通道流動，因此流動過程中擾動強烈，傳熱過程強烈。但流動阻力往往也較大，且難以動過程中擾動強烈，傳熱過程強烈。但流動阻力往往也較大，且難以清洗。清洗。n 管束順排時的流動和傳熱特點正好與叉排時相反。管束順排時的流動和傳熱特點正好與叉排時相反。6263hhnn 公式的驗證范圍為公式的驗證范圍為Pr=0.6-500n 對于管排數(shù)小于

22、對于管排數(shù)小于16排的情況，需要在按表排的情況，需要在按表6-7、6-8計算得到的結(jié)果基計算得到的結(jié)果基礎上再右乘以一個小于礎上再右乘以一個小于1 的管排修正系數(shù)。管束小于的管排修正系數(shù)。管束小于16排時的管排修排時的管排修正系數(shù)列出于正系數(shù)列出于表表6-9中。中。返回64返回65返回66返回67例題例題6-5 6-5 在一鍋爐中，煙氣橫掠在一鍋爐中，煙氣橫掠4 4排管組成的順排管束。已知排管組成的順排管束。已知管外徑管外徑d=60mmd=60mm，s s1 1/d=2/d=2， s s2 2/d=2/d=2，煙氣平均溫度，煙氣平均溫度 t tf f=600 =600 ，t tww=120,

23、=120, 煙氣通道最窄處平均流速煙氣通道最窄處平均流速u=8m/su=8m/s。 試求管束平均試求管束平均表面換熱系數(shù)。表面換熱系數(shù)。 解：解： 從附錄從附錄6 6中查取煙氣的物性參數(shù)為中查取煙氣的物性參數(shù)為kmW/1042. 72smv/1061.93265128/1061.9306. 0/826smmsmvudRe由式由式6-31c6-31c得得2 .48)Pr/(PrPrRe27. 025. 036. 063. 0wffffNuKmWmKmWdNuh2/6 .5906. 0/0742. 02 .48按表按表6-96-9，管排修正系數(shù)，管排修正系數(shù)91. 0n于是管束的平均表面換熱系數(shù)為

24、于是管束的平均表面換熱系數(shù)為62. 0fPr686. 0wPr)/(2 .5491. 06 .592KmWhhn返回68696.5.5 6.5.5 混合對流簡介混合對流簡介自然對流傳熱計算注意事項及例題講解自然對流傳熱計算注意事項及例題講解返回70n 自然對流時流體溫度分布特點自然對流時流體溫度分布特點：在壁面處等于固體壁面溫度，沿離開壁：在壁面處等于固體壁面溫度，沿離開壁面方向流體溫度逐漸降低，最終等于周圍環(huán)境流體溫度。面方向流體溫度逐漸降低，最終等于周圍環(huán)境流體溫度。n 自然對流時流體速度分布特點：自然對流時流體速度分布特點：在壁面處為在壁面處為0 0，在離壁面遠處也為，在離壁面遠處也為0

25、 0，在，在中間偏壁面處有一個速度最大值。（原因：壁面處無滑移邊界條件仍然中間偏壁面處有一個速度最大值。（原因：壁面處無滑移邊界條件仍然成立，速度為成立，速度為0 0；熱邊界層以外，流體溫度不變，無浮升力，速度為；熱邊界層以外，流體溫度不變，無浮升力，速度為0 0）71727374返回7576221yuvdxdpgyuvxuun 在邊界層的外面，對流體應用伯努利方程，并寫在邊界層的外面，對流體應用伯努利方程，并寫成微分的形式可得：成微分的形式可得：const.212gxupgdxdpn 將該關(guān)系式代入動量方程得：將該關(guān)系式代入動量方程得：22)(yuvgyuvxuu77Fg式中：式中：為不受壁

26、面溫度影響的流體密度為不受壁面溫度影響的流體密度 為受壁面溫度影響的流體密度為受壁面溫度影響的流體密度22)(yuvgyuvxuu1VpT n 單位體積流體的浮升力單位體積流體的浮升力F為為：n 從上式可以看出浮升力是流體因密度差在重力場中作用下而產(chǎn)生的。從上式可以看出浮升力是流體因密度差在重力場中作用下而產(chǎn)生的。通過引入體積膨脹系數(shù)可以進一步建立浮升力與流體的溫差之間的關(guān)通過引入體積膨脹系數(shù)可以進一步建立浮升力與流體的溫差之間的關(guān)系。系。1VTn 流體的流體的體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù)定義為：定義為： n 該系數(shù)反映了流體的密度隨溫度的相對變化量該系數(shù)反映了流體的密度隨溫度的相對變化量n 對理

27、想氣體（記?。簩硐霘怏w（記?。?8n 將上式代入浮升力計算公式，得到：將上式代入浮升力計算公式，得到： 1VpT VFggT 1VTT 上式說明在上式說明在V一定時一定時，溫差越大，浮升力也越大，自然對流越強，溫差越大，浮升力也越大，自然對流越強 n 建立流體密度變化與溫度變化的關(guān)系：建立流體密度變化與溫度變化的關(guān)系： ()VVTTT n 整理得：整理得：2v2uuuuvgttxyyn 在得到以溫差形式表示的浮升力公式后，動量方程可重新寫為：在得到以溫差形式表示的浮升力公式后，動量方程可重新寫為： 7922ytaytvxtu2v2uuuuvgttxyyn 根據(jù)具體問題的特點補充以定解條件

28、，可得到自然對流傳熱問題的數(shù)學根據(jù)具體問題的特點補充以定解條件，可得到自然對流傳熱問題的數(shù)學描述描述n 動量方程和能量方程有很強的耦合關(guān)系，需聯(lián)立求解動量方程和能量方程有很強的耦合關(guān)系，需聯(lián)立求解0uvxy800uvxy2v2uuuuvg ttxyy22ytaytvxtu221yuvdxdpyuvxuu0yvxu00 xyyuuuuvu0ttttttw00 xyy000uuvuttttttw豎壁自然對流豎壁自然對流流體縱掠平壁流體縱掠平壁22ytaytvxtu0dxdp81),(pclufh),(pVcltgfhn 在自然對流傳熱中，影響在自然對流傳熱中，影響h的因素去掉的因素去掉u而以浮升力

29、代替而以浮升力代替,得：得：n 利用量綱分析法可以得到如下特征數(shù)（理論上最多可有利用量綱分析法可以得到如下特征數(shù)（理論上最多可有5個特征數(shù)）：個特征數(shù)）：,NufGr PrGrGr稱為格拉曉夫數(shù)稱為格拉曉夫數(shù)32VGrgtlnGrGr是表征是表征浮升力與粘性力相對大小的無量綱特征數(shù)浮升力與粘性力相對大小的無量綱特征數(shù)，反映自然對流的強，反映自然對流的強弱。弱。GrGr越大，浮升力的相對作用越大，自然對流越強越大，浮升力的相對作用越大，自然對流越強nGrGr數(shù)在自然對流中的地位和作用類似于數(shù)在自然對流中的地位和作用類似于ReRe數(shù)在強制對流中的情況，可作數(shù)在強制對流中的情況，可作為自然對流流態(tài)的

30、判據(jù)（過去常用為自然對流流態(tài)的判據(jù)（過去常用RaRa= =GrPrGrPr）。）。返回82返回83返回84PrnmmmNuCGrn 式中的式中的定性溫度定性溫度為邊界層的算術(shù)平均溫度為邊界層的算術(shù)平均溫度n 公式中的常數(shù)公式中的常數(shù)C C和和n n數(shù)值由實驗得到，與換熱面形狀與位置以及流態(tài)等數(shù)值由實驗得到，與換熱面形狀與位置以及流態(tài)等因素有關(guān)。因素有關(guān)。n 對于豎平壁（豎圓柱）以及橫圓柱在氣體中的自然對流傳熱，常數(shù)對于豎平壁（豎圓柱）以及橫圓柱在氣體中的自然對流傳熱，常數(shù)C C和和n n數(shù)值可數(shù)值可查表查表6-106-10取得。取得。)(21tttwmnGrGr數(shù)中數(shù)中t t= =t tw w

31、- -t t（保持為正值）（保持為正值），t tw w為壁溫，為壁溫，t t為遠離壁面的流體溫度。空為遠離壁面的流體溫度。空氣體脹系數(shù)？氣體脹系數(shù)？（1）豎平板（圓柱）及橫圓柱的自然對流傳熱關(guān)聯(lián)式）豎平板（圓柱）及橫圓柱的自然對流傳熱關(guān)聯(lián)式n 特征長度的取法特征長度的取法：對于豎壁和豎圓柱取高度；對于橫圓柱取外徑。：對于豎壁和豎圓柱取高度；對于橫圓柱取外徑。85特征長度的取法特征長度的取法：對于豎壁和豎圓柱取高度；對于橫圓柱取外徑。：對于豎壁和豎圓柱取高度；對于橫圓柱取外徑。返回86n 當豎圓柱的直徑較小且較高時，不能忽略曲率對自然對流傳熱的影響當豎圓柱的直徑較小且較高時，不能忽略曲率對自然對

32、流傳熱的影響，因此前面介紹的關(guān)聯(lián)式不再適用。，因此前面介紹的關(guān)聯(lián)式不再適用。（3）對傾斜豎平板，將浮升力分解到沿斜面方向后，可以采用豎直平）對傾斜豎平板，將浮升力分解到沿斜面方向后，可以采用豎直平板的計算公式來計算板的計算公式來計算h。n 思考：思考：矩形截面的水平柱體如何計算其矩形截面的水平柱體如何計算其h？1/435HdHGr871/4470.54Pr,1010mmmNuGrGrPr1/47110.15Pr,1010mmmNuGrGrPr1/45100.27Pr,1010mmmNuGrGrPrn 對于水平熱面向上（冷面向下）情況：對于水平熱面向上（冷面向下）情況：n 對于水平熱面向下（冷面

33、向上）情況：對于水平熱面向下（冷面向上）情況：n 上述公式中的上述公式中的定性溫度定性溫度為邊界層平均溫度；為邊界層平均溫度；特征長度特征長度為為L=Ap/PL=Ap/P，ApAp和和P P分別為平板的換熱面積和其周界長度。分別為平板的換熱面積和其周界長度。返回88返回891 30.11PrmmmNuGr1 3320.11cVchlgtlan 湍流自然對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與特征尺寸無關(guān)。湍流自然對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與特征尺寸無關(guān)。原因原因：旺盛湍流時邊界層厚度維持不變：旺盛湍流時邊界層厚度維持不變n 層流自然對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)層流自然對流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h h與與lclc-1/4-1/4成正比成正比

34、。原因原因：此時邊界層厚度隨：此時邊界層厚度隨lc的增加而增加。的增加而增加。1 40.59PrmmmNuGr1 4320.59cVchlgtla909192n 以豎平板為例，將湍流時的以豎平板為例，將湍流時的h計算公式展開：計算公式展開：n 在層流自然對流的在層流自然對流的h展開式中，除了增加展開式中，除了增加lclc-1/4-1/4項外，項外，t和流體物性和流體物性參數(shù)對參數(shù)對h h的影響趨勢與湍流是相同的影響趨勢與湍流是相同。),(3/13/23/13/23/13/13/1pVctgfh),(4/14/34/12/14/14/14/14/1pVctglcfh返回n 故故t增加，增加，h也

35、增加。在物性參數(shù)中，除流體粘也增加。在物性參數(shù)中，除流體粘度是負影響外，其它物性參數(shù)均為正影響。度是負影響外，其它物性參數(shù)均為正影響。93n 對對GrGr和和ReRe數(shù)進行組合，消去其中的粘度，可以得到浮升力和慣性力數(shù)進行組合，消去其中的粘度，可以得到浮升力和慣性力對比的無量綱物理量群對比的無量綱物理量群慣性力浮升力2232RelutlgGrn 這是判斷是否考慮自然對流影響的依據(jù)這是判斷是否考慮自然對流影響的依據(jù)。1 . 0Re2Gr自然對流的影響不能忽略自然對流的影響不能忽略10Re2Gr強制對流可以不計強制對流可以不計n 混合對流是自然對流和強制對流并存的情況。理論上，由于壁面與混合對流是

36、自然對流和強制對流并存的情況。理論上，由于壁面與流體之間溫差的存在，在對流傳熱中浮升力總是存在的。流體之間溫差的存在，在對流傳熱中浮升力總是存在的。返回n 考慮自然對流后的對流傳熱是否得到增強，取決于自然對流和強制考慮自然對流后的對流傳熱是否得到增強，取決于自然對流和強制對流的流動方向是否一致。如一致，總的對流傳熱增強；如相反，對流的流動方向是否一致。如一致，總的對流傳熱增強；如相反，總的對流傳熱會削弱?？偟膶α鱾鳠釙魅酢?4、典型問題的類型、典型問題的類型9596例例6-66-6：室溫為：室溫為1010的大房間中有一個直徑為的大房間中有一個直徑為15cm15cm的煙囪，其的煙囪，其豎直部分

37、高為豎直部分高為1.5m1.5m，水平部分長，水平部分長15m15m。求煙囪的平均壁溫為。求煙囪的平均壁溫為 110 110 時，煙囪每小時向周圍空氣的對流散熱量。時，煙囪每小時向周圍空氣的對流散熱量。解：該問題為大空間豎圓柱與水平圓柱與周圍空氣的自然對流解：該問題為大空間豎圓柱與水平圓柱與周圍空氣的自然對流傳熱問題，可以采用書中的公式傳熱問題，可以采用書中的公式6-376-37來計算來計算h h。特征尺度對豎圓。特征尺度對豎圓柱取高度，對水平圓柱取外徑。定性尺度取流體與壁面平均溫度柱取高度，對水平圓柱取外徑。定性尺度取流體與壁面平均溫度Ctttowm602/110102/由附錄查得，由附錄查得，60 60 時空氣的物性時空氣的物性3/060. 1mkgKkgkJcp/005. 1KmW/029. 0smv/1097.1826（1 1）煙囪豎直部分的散熱）煙囪豎直部分的散熱1022632231076. 260273/1097.18101105 . 1/8 . 9KsmCmsmvtlgGroV定性溫度定性溫度696. 0Pr97由表由表6-106-10知為湍流流態(tài)，故知為湍流流態(tài)，故c=0.11c=0.11，n=1/3n=1/