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华北电力大学 第六章 单相流体对流传热特征数关联式 6-1 管内强迫对流传热 管内强制对流换热流动和换热的特征 管槽内湍流换热实验关联式 管槽内层流换热关联式 Heat Transfer 华北电力大学 一、管内强制对流换热流动和换热的特征 1. 管内的流动状态 层流 过渡区 湍流 采用雷诺数判断 Heat Transfer 华北电力大学 流动入口段 流动充分发展段 换热入口段换热充分发展段 流动入口段长度 l 的 确定 层流 ： 湍流 ： 2. 2. 流动和换热的入口段及充分发展段流动和换热的入口段及充分发展段 Heat Transfer 华北电力大学 3. 3. 局部表面传热系数局部表面传热系数 h h x x 的变化的变化 Heat Transfer 华北电力大学 二、管槽内湍流换热实验关联式二、管槽内湍流换热实验关联式 1. 迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式： 适用的参数范围： 式中取流体平均温度作为定性温度；取管子内径d为 特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。 气体： 水： 油： Heat Transfer 华北电力大学 2. 2. 迪图斯迪图斯- -贝尔特关联式应用范围的扩展贝尔特关联式应用范围的扩展 （1）温差超过推荐的幅度值 对于液体：主要是粘性随温度而变化。 对于气体：除了粘性，还有密度和导热系数等。 当温差超过推荐的幅度值后，流体热物性将发 生变化，从而对换热产生影响。 修正方法 ： Heat Transfer 华北电力大学 （2 2）非圆形截面通道）非圆形截面通道 对于方形、椭圆形、环形等形状的截面情况， 可以用当量直径作为特征尺度从而应用以上的准则 方程。 式中：Ac 对为槽道的流动截面积，P为润湿周长。 Heat Transfer 华北电力大学 （3 3）对于短管（考虑入口效应）对于短管（考虑入口效应） 对于较短的管子及常见的尖角入口，推荐以下 的修正系数： 考虑温度和短管修正后的迪图斯-贝尔特关联式: Heat Transfer 华北电力大学 （4 4）对于弯管的修正）对于弯管的修正 由于管道弯曲改变了 流体的流动方向，离心力 的作用会在流体内产生如 图所示的二次环流，结果 增加了扰动，使对流换热 得到强化。 对于气体： 对于液体： Heat Transfer 华北电力大学 三、管槽内层流换热关联式三、管槽内层流换热关联式 适用的参数范围 ： 1. 齐德泰勒（Sieder-Tate）关联式 管子处于均匀壁温 Heat Transfer 华北电力大学 2. 2. 层流充分发展换热的层流充分发展换热的 NuNu 数数 对于圆管： Heat Transfer 华北电力大学 例题：在一冷凝器中，冷却水以1m/s的流速流过内径为 10mm、长度为3m的铜管，冷却水的进、出口温度分别 为15和65，试计算管内的表面传热系数。 从附录中水的物性表中可查得 W/(mK) ， m2/s， 解：由于管子细长，l/d较大，可以忽略进口段的影响。 冷却水的平均温度为 Heat Transfer 华北电力大学 W/(m2K) 以上计算没考虑流体物性场不均匀的影响。如果考 虑物性场不均匀的影响，必须求出壁面温度，以确 定是否需要考虑修正项 。可以首先根据 冷却水的温升确定换热量 ，再用上 面计算的表面传热系数h和牛顿冷却公式求解壁温 。 Heat Transfer 华北电力大学 按照概述中的分类外 部流动的强制对流换热主 要有横掠平板、外掠单管 和外掠管束等情况。 6-2 外掠物体时的强迫对流传热 Heat Transfer 华北电力大学 一、纵掠平壁换热实验关联式 （以层流为例 ） 局部对流传热系数关联式 平均对流传热系数关联式 适用范围 定性温度取 特征长度取板长x和l 特征流速取来流速度 Heat Transfer 华北电力大学 二、横掠单管（柱）对流换热实验关联式 1. 流动的特征 流体横向绕流 单管时的流动除了 具有边界层的特征 外，还要发生绕流 脱体，而产生回流 、漩涡和涡束。 Heat Transfer 华北电力大学 边界层的成长和脱体决定 了外掠圆管换热的特征。 低雷诺数时，回升点反 映了绕流脱体的起点。 高雷诺数时，第一次回升 是层流转变成湍流的原因 ，第二次回升约在 则是由于脱体的缘故。 2. 换热的特征 Heat Transfer 华北电力大学 3. 平均表面传热系数 h 计算的关联式 式中C、n 之值见教材表6-1 定性温度取 特征长度取管外径d 特征流速取来流速度 Heat Transfer 华北电力大学 三、横掠管束换热实验关联式 1. 流动和换热的特征 顺排 叉排 管束的排列方式有顺排和叉排两种形式。叉排中的 流动扰动比顺排时要剧烈，因此换热也较强。此外 ，管束的间距s1和s2及管排数也影响换热强度。 Heat Transfer 华北电力大学 2. 2. 平均表面传热系数平均表面传热系数 h h 计算的关联式计算的关联式 式中c、m 、n、k、