第五章单相流体对流换热准则关系式

第五章单相流体对流换热SinglePhaseFluidConvectiveHeatTransfer5-2流体外掠平板和圆管的强迫对流换热一、外掠平板

有关层流的外掠平板对流换热关联式，可以由求解边界层方程的理论分析方法获得，其结果的精确程度，已被实验所证实

定性温度：适用的参数范围：1、层流换热:定性温度：适用的参数范围：对于平均Nu,

只有整个平板表面都是层流时适用2、湍流换热:若湍流边界层开始形成于平板前缘:若平板前半部分为层流，后面为湍流：3、混合边界层:二、外掠单管1、流动特征与外掠平板相比，流动特征有何差别？流体绕流曲面，存在压力梯度，对粘性流体的流动有很大影响。逆流时，依靠流体动能克服逆向压力，由于边界层内速度低，边界层脱体或分离边界层从前驻点开始形成，此时速度为0，压力最大绕圆管前半部，加速流动；顺流绕圆管后半部，减速流动；逆流层流：2、换热特征(1)从前驻点开始，局部Nu下降（边界层增厚）

(2)在80度左右，Nu最小

(3)在80度以后，Nu增加(边界层分离，旋涡的混合作用)湍流：(1)从前驻点开始，局部Nu下降（边界层增厚）

(2)在80度左右，Nu最小

(3)在80-110度，Nu增加(边界层转捩)

(4)在110-140度，Nu又下降(湍流边界层发展)

(5)在140度左右，Nu第二个极值

(6)在140度后，Nu又上升-边界层分离茹考思卡斯（Zhukauskas）关联式：3、换热关联式适用范围：茹考思卡斯（Zhukauskas）关联式：n4、几个影响因素Re、Pr、来流湍流度、冲击角三、横掠管束管壳式换热器中流体绕流管束汽车发动机冷却水箱中空气绕流管束空调器中流体在蒸发器或冷凝器中绕流管束1、流动和换热情况顺排、叉排

叉排时，流体在管间交替收缩和扩张的弯曲流道中流动，可以与流道截面呈周期性缩扩的弯曲槽道内的流动相比；顺排时，流体在管间交替收缩和扩张的、相对比较平直的流道中流动，可与直槽道内的流动相比

顺排时，后一排管处于前一排的旋涡尾迹区之内，后一排的来流就是前排的具有不均匀流速分布的旋涡流，当流速和纵向间距较小时，在两排管之间可能会形成滞流区；叉排时，后一排管恰好处于前排管中间，直接受到收缩后的流体的冲刷，同时流体流过叉排时有较强的扰动，所以换热得到增强，但流动阻力也加剧

后几排管子的表面传热系数是第一排的1.3~1.7倍2、表面传热系数的计算关联式茹考思卡斯（Zhukauskas）关联式：—管排数影响的校正系数适用范围：定性温度:特征长度:管外径DS1、S2分别管子横向、纵向间距茹考思卡斯（Zhukauskas）关联式：顺排：特征速度：最小截面处的最大流速叉排：5-3高速气流强迫对流换热一、气动加热现象当高速气流流过固体表面时，虽然壁面温度大于主流温度，但在贴壁的边界层中，由于粘性摩擦生热的作用，使得贴壁流体的温度比壁面温度还高，因而，流过固体表面的高速气流不但不使壁面冷却，反而对壁面加热

由于流体存在内摩擦，边界层中任取一层流体

考虑相距dy的两个平面，由于内摩擦而加入到这一层空间的单位面积的能量对照能量方程，该项为粘性耗散的热量二、粘性耗散粘性耗散项的物理意义为作用于控制体表面上的法向力和剪应力使流体位移产生摩擦功而转变成的热能

内摩擦相当于在整个流体内形成均匀分布的内热源，从而也影响了热流传递方向与导热相比(有内热源的一维稳态导热)在什么情况下必须考虑粘性耗散项的影响？

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埃克特数，反映粘性耗散的重要性只有当耗散项与对流项的数量级相当时，高速流动的影响才是显著的

由于流体内摩擦的缘故，衡量从壁面导出热流的方向，已不能简单地用壁面温度和来流温度差来表示，需要引入恢复温度的概念

恢复温度：壁面在既未受到辐射传热，也没有热量从壁面导进导出情况下，由于内摩擦作用所具有的温度三、恢复温度

高速气流的滞止温度

高速气流的动温

绝热壁温度高于自由流温度，但总是小于自由流的滞止温度。为此在确定绝热壁温时，对动力温度升高部分引入温度恢复系数加以修正

高速气流对流换热计算必须选择绝热壁温为基