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文档简介

在实际工程中常遇到流体横向流过管束时的换热过程，在空调机组中表面式换热器的加热或冷却过程，在锅炉的省煤器以及烟气横向冲刷锅炉对流管束的换热过程，蒸汽横向从管外流过壳管式换热器的管束等都属此类换热的实例。下面先就流体横向流过单管时的对流换热进行分析，流体横向流过管束时的对流换热在下个知识点单独进行分析。横掠单管流动边界层的特征如图1所示。流体绕流圆管时，圆管的后侧出现旋涡流动由图上可以看出，流体流过圆管面的前半周和后半周的情况完全不同。在圆管的前半周，知识点：流体横掠单管时的换热特点图1流体横掠单管时

的流动情况

流体以层流边界层的方式与圆管接触。圆管迎着流体流动方向的最前端，管切线与流体流动方向的夹角（称为冲击角）φ=00处，流速为零,边界层的厚度为零。沿管外壁面，随着φ角的增大，层流边界层逐渐增厚，在角约等于φ=820处层流边界层达最大值，流体开始脱离管表面，此点就是绕流分离点，分离点的位置，受边界层内流体流态的改变而强烈影图2沿圆管周围相对换热系数的变化

知识点：流体横掠单管时的换热特点响。边界层的流态取决于Re数。一般对于圆管,Re≤1.5×105边界层保持层流，分离点发生在800～850处。当Re＞1.5×105边界层在分离点前已经转变为紊流，分离点推迟到1400。当Re太小时，如Re＜10就不会出现分离。由于这种特殊的流动情况，使得沿着圆管周围的换热情况大不一样。换热系数的最大值出现在管的正面，即φ=00处顺着流体流动的方向，圆管面上的换热系数值迅速降低，而在φ=90～1000时达到最低。在管的后侧，换热系数值又重新升高。图2所示当Re=104时局部换热系数与平均换热系数的比值αφ/α随角φ的变化的实验曲线。流体流过圆管的前半周时，换热系数值降低的知识点：流体横掠单管时的换热特点原因是由于流体的导热系数比较低，所有温度降都发生在边界层内，而圆管前半周的层流边界层厚度是逐渐增加的，故换热系数就逐渐降低。在圆管的后半周层流边界层消失，涡流逐渐增强，故换热系数逐渐增大。此外圆管周围的换热情况还与Re有关。图3中所示为不同Re时αφ/α随角φ的变化曲线。当Re≤5时，圆管周围几乎全被层流边界层包围管周围换热系数较图3不同Re下αφ/α随

φ角的变化曲线知识点：流体横掠单管时的换热特点小。φ=00时换热系数最大，随后由于层流边界层厚度增加而使换热系数下降(见图中曲线1)；当Re≥5～2×105时，在层流边界层脱离管壁前，同样因边界层逐渐加厚而导致换热系数逐渐减小，分离点处αφ/α为最小，随后因产生旋涡而αφ/α有所回升(见图中曲线2)；当Re≥2×105时，在层流边界层流态改变之前，由于紊流的换热强度大于层流，所以αφ/α值迅速增加。以后又因紊流边界层加厚和流体压力升高，而使αφ/α减小，直至紊流边界层与横管脱离处又有所回升(见图中曲线3)。

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