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1、华北电力大学华北电力大学第六章第六章 单相流体对流传热特征数关联式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迫对流传热 管内强制对流换热流动和换热的特征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湍流换热实验关联式 管槽内层流换热关联式管槽内层流换热关联式 梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学一、管内强制对流换热流动和换热的特征一、管内强制对流换热流动和换热的特征1.管内的流动状态管内的流动状态层流层流过渡区过渡区湍流湍流采用雷诺数判断采用雷诺数判断梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat
2、TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学流动入口段流动入口段流动充分发展段流动充分发展段换热入口段换热入口段换热充分发展段换热充分发展段流动入口段长度流动入口段长度 l 的的确定确定层流：层流：湍流：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梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学3.3.局部表面传热系数局部表面传热系数局部表面传热系数局部表面传热系数 h hx x 的变化的变化的变化的变化梁梁 秀秀 俊俊传热学
3、传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学二、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.迪图斯迪图斯-贝尔特（贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：关联式：适用的参数范围：适用的参数范围：式式中中取取流流体体平平均均温温度度作作为为定定性性温温度度；取取管管子子内内径径d d为为特征尺度；取特征尺度；取截面的平均流速作特征速度截面的平均流速作特征速度。气体：气体：水：水：油：油：梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学2.2.迪图斯迪图斯迪图斯迪图斯-贝尔特关联式应
4、用范围的扩展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贝尔特关联式应用范围的扩展（1 1）温差超过推荐的幅度值）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。对于气体：除了粘性，还有密度和导热系数等。当当温温差差超超过过推推荐荐的的幅幅度度值值后后，流流体体热热物物性性将将发发生变化，从而对换热产生影响。生变化，从而对换热产生影响。修正方法：修正方法：梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学（2 2 2 2）非圆形截面通道）非圆形截面通
5、道）非圆形截面通道）非圆形截面通道 对对于于方方形形、椭椭圆圆形形、环环形形等等形形状状的的截截面面情情况况，可可以以用用当当量量直直径径作作为为特特征征尺尺度度从从而而应应用用以以上上的的准准则则方程。方程。式中：式中：A Ac c 对为槽道的流动截面积，对为槽道的流动截面积，P P为润湿周长。为润湿周长。梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学（3 3 3 3）对于短管（考虑入口效应）对于短管（考虑入口效应）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，推荐以下对于较短的管子及常见的尖角入口
6、，推荐以下的修正系数：的修正系数：考虑温度和短管修正后的迪图斯考虑温度和短管修正后的迪图斯-贝尔特关联式贝尔特关联式:梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学（4 4 4 4）对于弯管的修正）对于弯管的修正）对于弯管的修正）对于弯管的修正 由于管道弯曲改变了由于管道弯曲改变了流体的流动方向，离心力流体的流动方向，离心力的作用会在流体内产生如的作用会在流体内产生如图所示的二次环流，结果图所示的二次环流，结果增加了扰动，使对流换热增加了扰动，使对流换热得到强化。得到强化。对于气体：对于气体：对于液体：对于液体：梁梁 秀秀 俊俊传热学
7、传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学三、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：适用的参数范围：1.齐德齐德泰勒（泰勒（Sieder-Tate）关联式关联式管子处于均匀壁温管子处于均匀壁温梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学2.2.层流充分发展换热的层流充分发展换热的层流充分发展换热的层流充分发展换热的 NuNu 数数数数对于圆管：对于圆管：梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学例题：在一冷
8、凝器中，冷却水以例题：在一冷凝器中，冷却水以1m/s的流速流过内径为的流速流过内径为10mm、长度为长度为3m的铜管，冷却水的进、出口温度分别的铜管，冷却水的进、出口温度分别为为15和和65，试计算管内的表面传热系数。，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从附录中水的物性表中可查得 W/(mK)，m2/s，解：由于管子细长，解：由于管子细长，l/d较大，可以忽略进口段的影响。较大，可以忽略进口段的影响。冷却水的平均温度为冷却水的平均温度为梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学W/(m2K)以上计算没考虑流体物性
9、场不均匀的影响。如果考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定是否需要考虑修正项 。可以首先根据冷却。可以首先根据冷却水的温升确定换热量水的温升确定换热量 ，再用上面计算的，再用上面计算的表面传热系数表面传热系数h和牛顿冷却公式求解壁温。和牛顿冷却公式求解壁温。梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学 按照概述中的分类外按照概述中的分类外部流动的强制对流换热主部流动的强制对流换热主要有横掠平板、外掠单管要有横掠平板、
10、外掠单管和外掠管束等情况。和外掠管束等情况。6-2 外掠物体时的强迫对流传热外掠物体时的强迫对流传热梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学一、纵掠平壁换热实验关联式一、纵掠平壁换热实验关联式 （以层流为例）（以层流为例）局部对流传热系数关联式局部对流传热系数关联式平均对流传热系数关联式平均对流传热系数关联式适用范围适用范围定性温度取定性温度取 特征长度取板长特征长度取板长x和和l特征流速取来流速度特征流速取来流速度 梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学二、横
11、掠单管（柱）对流换热实验关联式二、横掠单管（柱）对流换热实验关联式1.流动的特征流动的特征 流体横向绕流流体横向绕流单管时的流动除了单管时的流动除了具有边界层的特征具有边界层的特征外，还要发生绕流外，还要发生绕流脱体，而产生回流、脱体，而产生回流、漩涡和涡束。漩涡和涡束。梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学边界层的成长和脱体决定边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。了外掠圆管换热的特征。低雷诺数时，回升点反低雷诺数时，回升点反映了绕流脱体的起点。映了绕流脱体的起点。高雷诺数时，第一次回升高雷诺数时，第一次回升是层流转变
12、成湍流的原因，是层流转变成湍流的原因，第二次回升约在第二次回升约在则是由于脱体的缘故。则是由于脱体的缘故。2.换热的特征换热的特征梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学3.平均表面传热系数平均表面传热系数 h 计算的关联式计算的关联式式中式中C、n 之值见教材表之值见教材表6-1定性温度取定性温度取 特征长度取管外径特征长度取管外径d d特征流速取来流速度特征流速取来流速度 梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学三、横掠管束换热实验关联式三、横掠管束换热实验关
13、联式1.1.流动和换热的特征流动和换热的特征顺排顺排叉排叉排管束的排列方式有顺排和叉排两种形式。叉排中的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，流动扰动比顺排时要剧烈，因此换热也较强。此外，管束的间距管束的间距s1和和s2及及管排数管排数也影响换热强度。也影响换热强度。梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学2.2.平均表面传热系数平均表面传热系数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计算的关联式计算的关联式式中式中c、m、n、k、p之值见教材表之值见教材表6-3。定性温度取定性温度取 特征长度取管外径特征长度取管外径d d特征流速取管束中最窄截面处的流速特征流速取管束中最窄截面处的流速 对于排数少于对于排数少于2020排的管束，需要利用管排修正系排的管束，需要利用管排修正系数修正。数修正。见表见表 6-46-4。斜向冲刷修正系数见表斜向冲刷修正系数见表6-56-5。梁梁 秀秀 俊俊传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer