课件 传热-第6章2

6 4外部强制对流换热实验关联式 直接采用边界层微分方程或积分方程的解进行计算 1 层流换热 掠过等壁温平板的层流换热 掠过常热流平板的层流换热 适用条件 从平板前沿 x 0 就开始换热 1 掠过平板的强制对流换热 2 湍流换热 掠过等壁温平板 掠过常热流平板 适用条件 常热流平板紊流边界层内的局部努塞尔数仅比等壁温情况高约4 适用条件 注意 定性温度为边界层的算术平均温度 3 有未加热起始段的外掠平板强制对流换热 为修正系数 对于层流段 对于湍流段 注意 1 为不存在未加热起始段时的局部努塞尔数 2 特征尺寸x指从平板的前缘算起到计算点的距离 3 对于常热流加热或冷却 上述两个修正项依然适用 2 横掠单管的强制对流换热实验关联式 2 1横掠单管的流动的特点 边界层的分离 流动状态取决于雷诺数Re的大小 u 为来流速度 d为管外径 实验表明 如果Re5 则流体在绕流圆柱体时会发生边界层脱体现象 形成旋涡 脱体点的特征 边界层为层流 脱体点在 边界层先从层流转变为紊流 脱体点在处 流体绕流单管时的流动状态 2 2局部努塞尔数Nu 随角度 的变化曲线 2 3平均局部努塞尔特数 式中常数通过查表得到 定性温度 该式也适用于气体绕流非圆截面柱体时的换热 参见表6 6 表6 5 表6 6气体横掠几种非圆形截面柱体换热时的常数 适用条件 定性温度 Prw的定性温度为tw 其它物性的定性温度为t 式中C和 n的数值列于下表 对于流体绕流单管时的对流换热 前苏联学者茹卡乌斯卡斯给出下面公式 丘吉尔 S W Churchill 和朋斯登 M Bernstein 公式 适用条件 定性温度 流体绕流单管时前驻点的局部Nu数计算关联式 如果 对流换热将减弱 当时 3 外掠球体的强迫流动换热 威特克 S Whitaker 推荐以下关联式 适用条件 定性温度 除了物性修正项中的 w取壁面温度外 上式所有物性均按主流温度取值 在流体趋于静止 即Re 0的极限情况下 从上式可得Nu 2 这是球形物体与无限厚的静止流体间发生纯导热时的换热强度 对于空气 麦克亚当斯 W H McAdams 推荐了如下计算式 对于空气以外的其他气体 适用条件 适用条件 这两个关联式的定性温度均为边界层膜温度 即 4 横掠管束换热实验关联式 格雷米森 E D Grimison 计算管束平均表面传热系数的关联式 适用条件 2000 Re 40000 Pr 0 7 排数n 10 为适用于Pr 0 7的其他流体 上式修正为 以上两式中的常数C m的值见表5 7 参数选择 速度 管间最窄截面时的最高流速 特征尺寸 管外径 定性温度 边界层膜温度 其中流体温度tf应该取管束进 出口温度的算术平均值 对于所有不到10排的管束 冲击角的修正 如果 对流换热将减弱 可在上述关联式的右边乘以修正系数 茹卡乌斯卡斯 A Zhukauskas 系列公式 几点说明 1 当流体流过管束时温度变化相当大时 用牛顿冷却公式计算总换热量 应该采用对数平均温差 ti与to分别代表管束进出口的流体平均温度 2 在设计管束时 除了考虑传热外 还必须综合考虑管束阻力 茹卡乌斯卡斯提出了计算光管束阻力的基本关系式 上式中 n为管排数 为管间距修正因子 f为摩擦系数 其数值可查图表 正三角形叉排管束的摩擦