[西安交通大学]高等传热学chap40

Chap 4 laminar forced convection in pipes and ducts 4-1 Introduction内部流动与外部流动的区别：q 外部流动，边界层在表面上自由发展，不受外部几何条件限制q 内部流动，流体受通道壁面约束，在离通道进口一定距离后，壁面上边界层互相影响，通道内不再存在位流核心高等传热学 Advanced Heat Transfer1.入口段入口段2.流动充分发展段流动充分发展段简单充分发展：简单充分发展：（忽略体积力时，等截面直通道层流充分发展）（忽略体积力时，等截面直通道层流充分发展）复杂充分发展：复杂充分发展：（等截面通道中紊流充分发展流动；弯曲通道中的（等截面通道中紊流充分发展流动；弯曲通道中的充分发展流动；受浮升力影响的充分发展流动）充分发展流动；受浮升力影响的充分发展流动）高等传热学 Advanced Heat Transfer3.热充分发展段热充分发展段检验正负号的正确性该式对 UHF,UWT 都成立高等传热学 Advanced Heat Transfera.对对 UHF， qw const高等传热学 Advanced Heat Transfer微元体热平衡微元体热平衡Note：q 不因热边界条件或进口段而异不因热边界条件或进口段而异q 适用于适用于 UHF的入口段及充分发展段的入口段及充分发展段高等传热学 Advanced Heat Transfer流体被加热流体被加热 流体被冷却流体被冷却高等传热学 Advanced Heat Transferb.对对 UWT（ 设设 Tw Tb）高等传热学 Advanced Heat TransferNote：q对入口段（对入口段（ hxconst） 及充分发展段（及充分发展段（ hx=const） 都都适用适用q对对 UWT， Tb随随 x按指数规律变化，按指数规律变化， x， (Tw Tb)高等传热学 Advanced Heat Transfer流体被加热流体被加热 流体被冷却流体被冷却为什么曲线不上凹？为什么曲线不上凹？高等传热学 Advanced Heat Transfer3.流动和热入口段与充分发展段间的关系流动和热入口段与充分发展段间的关系速度分布入口段，温度分布充分发展段速度分布入口段，温度分布充分发展段 ？case 速度分布 温度分布1 充分 发 展 充分 发 展2 充分 发 展 入口段3 入口段 入口段高等传热学 Advanced Heat TransferPr1， 速度分布发展快于温度分布发展速度分布发展快于温度分布发展qPr ， 温度分布开始发展前速度分布已经充分发温度分布开始发展前速度分布已经充分发展。展。 Pr5的流体，分析热进口时可认为流动已经充分的流体，分析热进口时可认为流动已经充分发展。高粘油发展。高粘油qPr0 ， 速度分布永远保持均匀，不再发展。液态金速度分布永远保持均匀，不再发展。液态金属。属。Pr1， 速度分布发展慢于温度分布发展速度分布发展慢于温度分布发展Pr=1， 速度分布发展等于温度分布发展速度分布发展等于温度分布发展高等传热学 Advanced Heat Transfer4.N-S方程在一些情况下的精确解方程在一些情况下的精确解 fully developed flow between two parallel plates高等传热学 Advanced Heat Transfer fully developed flow in circular tubes高等传热学 Advanced Heat Transfer5.Friction factorShah R K, London A L. Laminar flow forced convection in ducts A. Advances in heat transfer, Supplement 1C. New York: Academic Press, 1978. 高等传热学 Advanced Heat Transfer6.Slip boundary conditionTang et al, Comparison of gas slip models with the solutions of the linearized Boltzmann equation and direct simulation of Monte Carlo method, Int J Mod Phys C, in Press高等传热学 Advanced Heat Transfer2D Parallel plates 高等传热学 Advanced Heat Transfercircular tubes高等传热学 Advanced Heat Transfer无量纲速度分布高等传热学 Advanced Heat Transfer高等传热学 Advanced Heat Transfer7.Thermal boundary condition高高 导热系数材料管壁导热系数材料管壁低导热系数材料管壁低导热系数材料管壁高等传热学 Advanced Heat Transfer 4-2 Laminar forced convection in pipes with fully developed boundary conditions 1.物理问题数学描写高等传热学 Advanced Heat Transfer所以，除 Pr1外（液态金属），都可忽略轴向导热高等传热学 Advanced Heat Transfer1.物理问题数学描写高等传热学 Advanced Heat Transfer2.UHF高等传热学 Advanced Heat Transfer高等传热学 Advanced Heat Transfer高等传热学 Advanced Heat Transfer3.UWT高等传热学 Advanced Heat Transfer忽略粘性耗散，充分发展段 Nu为常数，与 Re， Pr无关计及粘性耗散，充分发展段 Nu不为