第十章 对流换热

第十章 对流换热 英文习题

1. Finding convection coefficient from drag measurement

A 2 m×3 m flat plate is suspended in a room, and is subjected to air flow parallel to its

surfaces along its 3-m-long side. The free stream temperature and velocity of air are

20℃ and 7m/s. The total drag force acting on the plate is measured to be 0.86 N.

Determine the average convection heat transfer coefficient for the plate (Fig. 10-1).

2. Cooling of a hot block by forced air at high elevation

The local atmospheric pressure in Denver, Colorado (elevation 1610

m), is 83.4 kPa. Air at this pressure and 20℃ flows with a velocity of 8

m/s over a 1.5 m×6 m flat plate whose temperature is 140℃ (Fig. 10-2).

Determine the rate of heat transfer from the plate if the air flows

parallel to the (a) 6-m-long side and (b) the 1.5-m side. 3. Cooling of a steel ball by forced air

A 25-cm-diameter stainless steel ball (ρ=8055 kg/m 3

, and C p =480 J/kg.℃) is removed from the oven at a uniform temperature of 300℃. The ball is then subjected to the flow of air at 1 atm pressure and 25℃ with a velocity of 3 m/s. The surface temperature of the ball eventually

drops to 200℃. Determine the average convection heat transfer

coefficient during this cooling process and estimate how long the

process will take. 4. Flow of oil in a pipeline through the icy waters of a

lake

Consider the flow of oil at 20℃ in a 30-cm-diameter pipeline at an

average velocity of 2 m/s (Fig.10-3). A 200-m-long section of the pipeline

passes through icy waters of a lake at 0℃. Measurements indicate that

the surface temperature of the pipe is very nearly 0℃. disregarding

thermal resistance of the pipe material, determine (a) the temperature of

the oil when the pipe leaves the lake, (b) the rate of heat transfer from

the oil. 5. Heat loss through a double-pane window

The vertical 0.8-m-high, 2-m-wide double-pane window shown in

Fig.10-3, consists of two sheets of glass separated by a 2-cm air gap at

atmospheric pressure. If the glass surface temperatures across the air

gap are measured to be 12℃ and 2℃, determine the rate of heat

transfer through the window.

FIGURE 10-1

FIGURE 10-2

FIGURE 10-3

FIGURE 10-4

工程热力学与传热学

第十章对流换热习题

习题

1.何谓表面传热系数？请写出其定义式并说明其物理意义。

2.用实例简要说明对流换热的主要影响因素。

3.对流换热微分方程组由几个方程组成，各自导出的理论依据是什么？

4.何谓流动边界层和热边界层？他们的厚度是如何规定的？

5.简述边界层理论的基本内容。

6.边界层理论对求解对流换热问题有何意义？

7.层流边界层和湍流边界层在传热机理上有何区别？

8.何谓两个物理现象相似？

9.简述相似理论的主要内容。

10.如何判断两个现象是否相似？

11.相似理论对解决对流换热问题有何指导意义？

12.分别写出努塞尔特数Nu，雷诺数Re，普朗特熟Pr，格拉晓夫数Gr的表达式，并说明他们的物理意义。

13.努塞尔特数Nu和毕渥数Bi的表达式的形式完全相同，二者有何区别？

14.水和空气均以u∞=1m/s的速度分别平行流过平板，边界层的平均温度均为50℃，试求距平板前沿100mm处流动边界层及热边界层的厚度。

15.试求水平行流过长度为0.4m的平板时沿程x=0. 1 m，0.2m，0.3m，0. 4m处的局部表面传热系数。已知水的来流温度t∞=20℃，速度u∞=1m/s，平板的壁面温度t W=60℃。

16.如果用特征长度为原型1/3的模型来模拟原型中速度为6m/s，温度为200℃的空气强迫对流换热，模型中空气的温度为20℃。试问模型中空气的速度为多少？如果测得模型中对流换热的平均表面传热系数为200W/(m2K）求原型中的平均表面传热系数值。

17.水在换热器管内被加热，管内径为14mm，管长为2.5m，管壁温度保持为110℃，水的进口温度为50℃，流速为1.3m/s。试求水流过换热器后的温度。

18.空气以1.3m/s的速度在内径为22mm，长为2.25m的管内流动，空气的平均温度为38.5℃，管壁温度为58℃，试求管内对流换热的表面传热系数。

习题解答

1.答：表面传热系数可由牛犊冷却公式定义，，其大小表明了对流换热的强弱。

2. 答：影响对流换热的因素有：（1）流动的原因，自然对流换热或强迫对流换热，一般来说，自然对流的流速较低，因此自然对流通常要比强迫对流换热弱，例如，气体的自然对流换热表面传热系数在1-10范围内，而气体的强迫独流换热表面传热系数通常为10-100范围。（2）流动的状态，层流或湍流；（3）流体有无相变；（4）流体的物理性质；（5）换热表面的几何因素。

3. 答：对流换热的微分方程组包括连续性方程，根据微元体的质量守恒导出；（2）动量微分方程，根据微元体的动量守恒导出；（3）能量微分方程，根据微元体的质量守恒导出。

4. 答：（1）当连续性粘性流体流过固体壁面时，由于粘性力的作用，紧靠壁面的一薄层流体内的速度变化最为显著，这一速度发生明显变化的流体薄层称为流动边界层，通常规定速度达到0.99处的值作为边界层厚度，用表示；（2）当温度均匀的流体流过与其温度不同的固体表面时，在壁面附近将形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层，规定流体过余温度=0.99处到壁面的距离为热边界层厚度，用表示。

5. 答：边界层理论的基本内容为（1）边界层厚度与壁面特性长度相比是很小的量，（2）流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要区域。在流动边界层外的主流区，流体可近似为理想流体。热边界层存在较大的温度梯度，是发生热量扩散的主要区域，边界层外的温度梯度可忽略。（3）根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍流边界层分为层流底层，缓冲层与湍流核心区三层。层流底曾内的速度梯度和温度梯度远大于湍流核心。（4）在层流边界层和层流底层，垂直于壁面方向的热量传递主要靠导热，湍流边界层的主要热阻在层流底层。

6. 答：对流换热微分方程组和单值性条件构成了一个具体对流换热问题的完整数学描述，但由于微分方程的复杂性，尤其是动量微分方程的非线性，使方程的分析求解非常困难，应用边界层理论，将微分方程组简化，使其分析求解成为可能。

7. 答：层流边界层的换热主要依靠分子扩散，即按导热进行。对湍流边界层，在层流底层，热量传递方式为导热，湍流核心区，热量传递方式主要为对流换热。

8. 答：物理现象相似是指：如果同类物理现象之间所有同名物理量场都相似，即同名的物理量在所有对应时间，对应地点的数值成比例，则称物理现象相似。

9. 答：相似原理包括相似三定理，相似第一定理：彼此相似的现象，必定具有相同的同名准数的数值；相似第二定理：所有相似的物理现象的解必定用同一个特征数关系式描述；相似第三定理：凡同类现象，若同名已定特征数相等，且单值性条件相似，那么这两个现象一定相似。

10. 答：两个现象相似必满足3个条件（1）同类现象；（2）单值性条件相似；（3）同名已定特征数相等。

11. 答：相似原理回答了进行模型实验所必须解决的3个问题：（1）如何安排实验；（2）如何整理实验数据；（3）实验结果的适用范围，如何保证模型与原形充分必要相似。

12. 答：（1）努谢尔特准数：λ

hl Nu =，表征物体在壁面外法线方向上的平均无量纲温度梯度，其大小反映了对流换热的强弱；（2）雷诺数：ν

ul =Re ，表征流体粘性力与惯性力的相对大小，R 越大，

惯性力的影响越大。根据R 数的大小可以判断流态；（3）a

ν=Pr ，是流体的物性特征数，表示流体动量扩散能力与热量扩散能力的相对大小：（4）23

νtl gu Gr ?=，表征浮升力与粘性力的相对大小，

反映自然对流换热的强弱，G 越大，浮升力的相对作用越大，自然对流越强。

13. 答：努谢尔特准数与毕渥准数的表达形式完全相同，但具有不同的物理意义。毕渥准数表示在第三类边界条件下的固体导热热阻与边界处的对流换热热阻之比，表达式中的表面传热系数由第三类边界条件确定，导热系数是固体的导热系数，特征长度是反映固体导热温度场几何特征的尺度；而努谢尔特准数表达式中的是待定参数，导热系数是流体的导热系数，反映对流换热固体表面几何特征的尺度，如外掠平板对流换热中为沿流动方向平板的长度。

14. 解：（1）水：流动边界层厚度mm 2.1=δ，热边界层厚度mm t 774.0=δ；

（2）空气：流动边界层厚度mm 7.6=δ，热边界层厚度mm t 6.7=δ；

15. 解：（1）当m m m x 3.0,2.0,1.0=，流动为层流，局部表面传热系数分别为

)./(6.771,3.0);./(5.945,2.0);

./(5.1336,1.0222K m W h m x K m W h m x K m W h m x x x x ======

（2）m x 4.0=流动为湍流，局部表面传热系数分别为，)./(1.32362K m W h x =

16. 解：（1）模型中空气流速为)./(96.122K m W u =；（2）原型中的平均表面传热系数

)./(7.602K m W h =

17. 解：确定流体流动为湍流，由特征数方程式：14.031

8.0)(Pr Re 027.0w

f Nu ηη=， 能量守恒式：)()(2f fi p f m t t mc t t hA -=-，计算水流过换热器时温度为：61℃。

18. 解：管内对流换热的表面传热系数：)./(575.42K m W h =。

自然对流换热试验

自然对流换热实验报告 一、实验目的 （1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。 （2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。 （3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出 Pr Gr 的范围。 二、实验原理 对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。即 r h c Φ-Φ=Φ （W ） 式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；??? ???????? ??-??? ??=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以 ? ?????????? ??-??? ??---=4 f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UI h ε[]）（K /W ?m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，） （420K m /W 67.5?=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2?m 。 当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。 根据相似理论，自然对流换热的准则为 Pr),(Gr f Nr = 在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即 n Gr c Nr Pr)(= 式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。为

对流传热实验实验报告

实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S π= （3） 式中：d i —内管管内径，m ； L i —传热管测量段的实际长度，m 。

由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，

实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验

实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验 一、实验目的 1. 测算空气横掠单管时的平均换热系数h 。 2. 测算空气横掠单管时的实验准则方程式13 Re Pr n Nu C =??。 3. 学习对流换热实验的测量方法。 二、实验原理 1对流换热的定义 对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。 2、牛顿冷却公式 根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。 即：h= )(f W t t A Q -Q A t =?? w/m 2·K （8-1） 式中： Q — 空气横掠单管时总的换热量， W ； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m 2 ; w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃； f t — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃； t ?— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃； 3、影响h 的因素 1）.对流的方式： 对流的方式有两种； （1）自然对流 （2）强迫对流 2）.流动的情况： 流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。

Re — 雷诺数， Re v ud = ， 雷诺数Re 的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。 上述公式中，d —外管径（m ），u —流体在实验测试段中的流速（m/s ），v —流体的运动粘度（㎡/s ）。 3）.物体的物理性质： Pr — 普朗特数，Pr= α ν = cpμ/k 其中α为热扩散率, v 为运动粘度, μ为动力粘度；cp 为等压比热容；k 为热导率； 普朗特数的定义是：运动粘度与导温系数之比 4).换面的形状和位置 5).流体集体的改变 相变换热 ：凝结与沸腾 4、对流换热方程的一般表达方式 强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 强迫对流公式为(Re,Pr)Nu f = 自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。 自然对流公式为Nu=f （Gr ，Pr ） 1）.Re=v ul = 雷诺数Re 的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν 。其中U 为速度特征尺度，L 为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。 2).Pr= α ν 定义：流体运动学黏性系数γ与导温系数κ比值的无量纲数 3).Nu=λ hd （努谢尔数） 4).Gr= 2 3 ν t gad ? 式中a 为流体膨胀系数，v 为流体可运动系数。 格拉晓夫数 ，自然对流浮力和粘性力之比 ，控制长度和自然对流边界层厚度之比 。 5、对流换热的机理 热边界层 热边界层的定义是：黏性流体流动在壁面附近形成的以热焓(或温度)剧变为 特征的流体薄层 热边界层内存在较大的温度梯度，主流区温度梯度为零。

第六章单项流体对流换热及准则关联式

第六章单项流体对流换热及准则关联式 复习题 1．试定性分析下列问题: (1)夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是否一样？ (2)夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数是否一样？ (3)普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是否 有影响？ (4)从传热观点看，为什么散热器一般都放在窗户的下面？ (5)相同流速或者相同流量的情况下，大管和小管（管内或管外）的 表面传热系数会有什么变化？ (6)分析太阳能平板集热器可能涉及的传热问题。（有条件时应参照实 物） 2．传热学通常把“管内流动”称为内部流动，将“外掠平板，外掠圆管”等称为外部流动，请说明它们的流动机制有什么差别。 这些对流换热问题的数学描写有什么不同？ 3．是否可以把管内流动也视为边界层型问题，采用边界层微分方程求解？为什么？ 4．图6－16为带有不同垂直隔断的空间，左右两壁温度t1>t2,内隔断不绝热，但前后壁、上顶及地面均为绝热面，试绘出这些空间内空气自然对流循环图。 5．图6－17是三种散热器热水进出口方法，试从受迫对流，自然对流，混合对流的机理分析这些散热器内的流动情况，稳定性及

可靠性。 6．试设计测定管断面和全管长流体平均温度的实验方法。7．试设计使供热设备表面为常壁温和常热流条件的方案。8．垂直管内流体向上或向下流动被加热或被冷却时，自然对流对速度场的影响如何？试作速度场变化示意图. 9．一个热的竖壁在空气中垂直向上运动，假定运动速度相当于它静止时表面空气自然对流边界层的平均速度，试分析运动对它的表面自然对流速度场的影响如何。试作速度场变化的示意图。运动使其表面传热系数与静止壁相比时增加还是减小？如果竖壁时向下运动又如何？ 10．自然对流时因为温度差引起的，Pr≠1时δ≠δt,试说明在边界层里δ与δt区域内的流动情况和温度分布。 11．试推导垂直壁层流自然对流动量微分方程式，设t w

对流传热实验实验报告

实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） * 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S π= （3） 式中：d i —内管管内径，m ；

L i —传热管测量段的实际长度，m 。 、 由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m += 为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） ~ 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要

化工原理实验之对流传热实验

化工原理实验之对流传热实验

化工原理实验报告之传热实验 学院 学生姓名

专业 学号 年级 二Ο一五年十一月 一、实验目的 1.测定冷空气—热蒸汽在套管换热器中的总传热系数K； 2.测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数； 3.测定冷空气在不同的流量时，Nu与Re之间的关系曲线，拟合准 数方程。 二、实验原理 （1）冷空气-热蒸汽系统的传热速率方程为

m t KA Q ?= )ln(2 12 1t t t t t m ???-?= ?，11 t T t -=?，2 2 t T t -=? ) (21t t C V Q p -=ρ 式中，Q —单位时间内的传热量，W ; A —热蒸汽与冷空气之间的传热面积，2m ，dl A π=; m t ?—热蒸汽与冷空气之间的平均温差，℃或K K —总传热系数，)℃/(2?m W ； d —换热器内管的内直径，d =20mm l —换热器长度，l =1.3m ； V —冷空气流量，s m /3 ； p C 、ρ—冷空气密度，3/m kg 空气比热，kg J /; 21t t 、—冷空气进出换热器的温度，℃； T —热蒸汽的温度，℃。 实验通过测量热蒸汽的流量V ，热蒸汽进、出换热器的温度T 1 和T 2 （由于热蒸汽温度恒定，故可直接使用热蒸汽在中间段的温度作为T ）,冷空气进出换热器的温度t 1和t 2，即可测定K 。 （2）热蒸汽与冷空气的传热过程由热蒸汽对壁面的对流传热、间壁

的固体热传导和壁面对冷空气的对流传热三种传热组成，其总热阻为： 2 211111d h d d bd h K m ++=λ 其中,21h h 、—热空气，冷空气的给热系数，)℃/(?m W ； 21d d d m 、、—内管的内径、内外径的对数平均值、外径，m ； λ—内管材质的导热系数，)℃/(?m W 。 在大流量情况下，冷空气在夹套换热器壳程中处于强制湍流状态，h2较大， 221d h d 值较小；λ较大，m d d λ1值较小，可忽略，即 1h K ≈ （3）流体在圆形直管中作强制对流时对管壁的给热系数关联式为 n m C Nu Pr Re '=。 式中：Nu —努塞尔准数，1 1λd h Nu = ，1λ—空气的导热系数，)℃/(2 ?m W ； Re —雷诺准数，μ ρ du = Re ,—热蒸汽在管内的流速，s m /； Pr —普兰特准数，1 Pr λμ P C = ； μ—热蒸汽的黏度，s Pa ?。 u

对流传热系数的测定实验报告

浙江大学化学实验报告 课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：对流传热系数的测定指导教师： 专业班级： 姓名： 学号： 同组学生： 实验日期： 实验地点：

目录 一、实验目的和要求 (2) 二、实验流程与装置 (2) 三、实验内容和原理 (3) 1.间壁式传热基本原理 (3) 2.空气流量的测定 (5) 3.空气在传热管内对流传热系数的测定 (5) 3.1牛顿冷却定律法 (5) 3.2近似法 (6) 3.3简易Wilson图解法 (6) 4.拟合实验准数方程式 (7) 5.传热准数经验式 (7) 四、操作方法与实验步骤 (8) 五、实验数据处理 (9) 1.原始数据： (9) 2.数据处理 (9) 六、实验结果 (12) 七、实验思考 (13)

一、实验目的和要求 1）掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径； 2）把测得的数据整理成形式的准数方程，并与教材中公认经验式进行比较； 3）了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。 二、实验流程与装置 本实验流程图（横管）如下图1所示，实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计、变频器、套管换热器（强化管和普通管）及温度传感器、只能显示仪表等构成。 空气-水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行换热交换，不凝气或未冷凝蒸汽通过阀门（F3 和F4）排出，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器内管，热交换后从风机出口排出。 注意：普通管和强化管的选取：在实验装置上是通过阀门（F1和F2）进行切换，仪表柜上通过旋钮进行切换，电脑界面上通过鼠标选择，三者必学统一。 图1 横管对流传热系数测定实验装置流程图 图中符号说明如下表：

第五章对流换热分析

wton’s law of cooling: ?=W/m 2 dx dt q λ?=

Contents 第一节对流换热概述 Analysis on Convection 第二节对流换热微分方程组 The Convection Heat Transfer Equations 第三节边界层换热微分方程组 Convection Differential Equations of Boundary Layer 第四节边界层换热积分方程(自学) 第五节动量传递和热量传递的类比(自学) 第六节相似理论基础 Basis of similarity theory

Convection is the mode of energy transfer between a solid surface and the adjacent liquid or gas that is in motion, and it involves the combined effects of conduction and fluid motion. (流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热) The faster the fluid motion, the greater the convection heat transfer. We will study how to calculate the convection heat-transfer coefficient h in Chapter 5 and Chapter 6.

5-1 Analysis on Convection(对流换热概述) Convection transfer problem

空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告.doc

一．实验课程名称 化工原理 二．实验项目名称 空气－蒸汽对流给热系数测定 三、实验目的和要求 1、了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。 2、掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 3、学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。 四．实验内容和原理 实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算α，关联出相关系数。 实验原理：在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4－1)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热， 固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。 达到传热稳定时，有 ()()()()m m W M W p p t KA t t A T T A t t c m T T c m Q ?=-=-=-=-=221112222111αα （4－1） 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算， ()()() 2 211 2211ln W W W W m W T T T T T T T T T T -----= - （4－2） 式中：T W 1 －热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；T W 2 －热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算， ()()() 2 21 12211ln t t t t t t t t t t W W W W m W -----= - （4－3） T t 图4－1间壁式传热过程示意图

式中：t W 1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；t W 2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。 热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算， ()() 1 221 1221m t T t T ln t T t T t -----= ? （4－4） 当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4－1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数， ()()M W p t t A t t c m --= 212222α （4－5） 实验中测定紫铜管的壁温t w1、t w2；冷空气或水的进出口温度t 1、t 2；实验用紫铜管的长度l 、内径d 2，l d A 22π=；和冷流体的质量流量，即可计算α2。 然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。 由式（4－1）得， ()m p t A t t c m K ?-= 1222 （4－6） 实验测定2m 、2121T T t t 、、、、并查取()212 1 t t t +=平均下冷流体对应的2p c 、换热面积A ，即可由上式计算得总给热系数K 。 1． 近似法求算对流给热系数2α 以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为， 1 121212221 1d d d d R d bd R K S m S αλα++++= （4－7） 用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百K m W .2 ；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数1α可达~K m W .102 4 左右，因此冷凝传热热阻1 12 d d α可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻1 21 d d R S 也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为383.8K m W ?，壁厚为2.5mm ，因此 换热管壁的导热热阻m d bd λ2可忽略。若换热管内侧的污垢热阻2S R 也忽略不计，则由式（4－7）得， K ≈2α （4－8）

对流换热与准则数

单相流体对流换热及准则关联式部分 返回一、基本概念 主要包括对流换热影响因素；边界层理论及分析；理论分析法（对流换热微分方程组、边界层微分方程组）；动量与热量的类比；相似理论；外掠平板强制对流换热基本特点。 1、由对流换热微分方程知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。试判断这种说法的正确性? 答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。 2、在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大?为什么?有人说对一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗? 答：在温度边界层中，贴壁处流体温度梯度的绝对值最大，因为壁面与流体间的热量交换都要通过贴壁处 不动的薄流体层，因而这里换热最剧烈。由对流换热微分方程，对一定表面传热温差的同种流体λ与△t均保持为常数，因而可用绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小。3、简述边界层理论的基本论点。 答：边界层厚度δ、δt与壁的尺寸l相比是极小值； 边界层内壁面速度梯度及温度梯度最大； 边界层流动状态分为层流与紊流,而紊流边界层内,紧贴壁面处仍将是层流,称为层流底层； 流场可以划分为两个区：边界层区（粘滞力起作用）和主流区，温度同样场可以划分为两个区：边界层区（存在温差）和主流区（等温区域）； 对流换热热阻主要集中在热边界层区域的导热热阻。层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。紊流边界层的热阻为层流底层的导热热阻。 4、试引用边界层概念来分析并说明流体的导热系数、粘度对对流换热过程的影响。

对流传热实验

对流传热实验 一、实验目的 ⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数 A、m的值。 ⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 二、实验装置 本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1。 表1 实验装置结构参数 实验内管内径d i（mm）16.00 实验内管外径d o（mm）17.92 实验外管内径D i（mm）50 实验外管外径D o（mm）52.5 总管长（紫铜内管）L（m） 1.30 测量段长度l（m） 1.10

图1 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图 1— 光滑套管换热器；2—螺纹管的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵； 5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀； 12、13—蒸汽放空口； 15—放水口；14—液位计；16—加水口； 孔板流量计测量空气流量 空气压力 蒸汽压力 空气入口温度 蒸汽温度 空气出口温度

传热学第四版课后题答案第六章

第六章 复习题 1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？ 答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。 凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。 （1） 初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。 （2） 边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。 （3） 几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。 （4） 物理条件。物体的种类与物性。 2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子． 3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？ 4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？ 5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。 答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。 6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。 答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。 7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？ 答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。 这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。 8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律． 9．简述数数，数， Gr Nu Pr 的物理意义．Bi Nu 数与数有什么区别？ 10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？ 相似原理与量纲分析

对流传热系数测定实验

对流传热系数测定实验 一、实验目的 a)测定空气在传热管内的对流传热系数，掌握空气在传热管内的对流传热系数的测定方法。 b)把测得的实验数据整理成Nu=BRe n形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。 c)通过实验提高对准数方程式的理解，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。 二、实验装置 实验装置如图1所示，由蒸汽发生器、风机、套管换热器、流量调节阀及不锈钢进、出口管道、温度测量和流量测量装置等组成。 1. 风机F1. 旁路阀 2. 孔板流量计 3. 空气压力变送器 4. 蒸汽放空口 5. 冷凝液排放口 6. 玻璃视镜 7. 套管换热器F2. 空气流量调节阀F3. 蒸汽流量调节阀 8. 加水装置F4. 进水阀13. 蒸汽发生器T. 蒸汽温度t1、t2 . 空气进、出口温度T w1、T w2. 空气出口和进口侧的管壁温度 图1 空气-水蒸气传热实验装置示意图 三、对流传热及参数测取 空气从漩涡风机吸入，经孔板流量计计量后进入套管换热器的内管（紫铜管），与来自蒸汽发生器的饱和水蒸汽在套管换热器内进行换热。被空气冷凝下来的冷凝水经冷凝液排放口排入蒸汽发生器的加水装置。进入套管换热器的空气进、出口温度t1、t2分别由铜—康铜热电偶测出。换热管两端管壁温度T w1、T w2同样也分别由埋在内管（紫铜管）外壁上的铜—康铜热电偶测出。蒸汽温度T由蒸汽发生器根据管路内的实际状况实现自动控制，T由热

电阻PT100测得。空气流量通过F2、F2的组合调节来改变或通过变频器改变，由孔板流量计测量，并通过压力变送器测出空气的压力。套管换热器内管（紫铜管）的规格为：φ20×2 mm ，换热管有效长度为1200mm ，待测的空气温度、压力、流量、管壁温度和蒸汽温度均可在无纸记录仪或计算机上读取。 四、原理和方法 在工业生产过程中，一般情况下，均采用间壁式换热方式进行换热。所谓间壁式换热，就是冷、热两种流体分别在固体壁面的两侧流动，两流体不直接接触，通过固体壁面进行传热。 1．测定总传热系数K 由于换热器内的冷、热流体的温度和物性是变化的，因而在传热过程中的局部传热温差和局部传热系数都是变化的，但在工程计算中，在沿程温度和物性变化不是很大的情况下，通常传热系数K 和传热温差m0t ?均可采用整个换热器上的积分平均值，因此，对于整个换热器，传热速率方程可写为 m01K t A Q ???= （１） 即： m0 1K t A Q ??= （２） 式中： Q ——传热速率，W （瓦）； K ——空气总传热系数，W/m 2.℃； A 1——换热管外表面积，m 2；本实验中A 1=0.0754 m 2 m0t ?——换热管两端的对数平均温差，℃。（此时，传热推动力为蒸汽、空气） 1.1 传热速率Q 的计算 )(12t t Cp W Q -??= （3） 式中： W ——空气质量流量，kg/s 。 Cp ——定性温度下空气的定压比热，kJ/kg .℃；本实验中，空气的定性温度等于 空气进、出口温度的算术平均值。 t 1、t 2——换热管内空气的进、出口温度，℃。 1.2 空气质量流量W 的计算 ρ?=V W (4) 式中： V ——空气的体积流量，m 3/h ； ρ——孔板处空气密度，kg ／m 3。 其中： ρ 1000 ??P =C V (5) 式中： C ——孔板流量计的校正系数；本实验中，C=0.5442。

高等传热学课件对流换热-第6章-1

第六章 高速流动对流换热
在前面几章介绍的强制对流换热中， 我们假设速度和速度梯度充 分小，以致动能和粘性耗散的影响可以忽略不计。现在考虑高速和粘 性耗散的影响。我们主要介绍有更多重要应用的外部边界层。
6.1 高速流对流换热基本概念
高速对流主要涉及以下两类现象： z 从机械能向热能的转换，导致流体中的温度发生变化； z 由于温度变化使流体的物性发生变化。 空气一类气体若具有极高的速度，将会导致超高温离解、质量浓 度梯度，并因此发生质量扩散，使问题变得更加复杂。这里仅限于关 注未发生化学反应的边界层；对空气来说，这意味着我们将不考虑温

度超过 2000K 或者马赫数高于 5 的情况。对液体，如果普朗特数足 够高的话，粘性耗散实际上在中等速度时就具有很可观的作用。 我们的讨论仅限于普朗特数接近于 1 的气体。 有关高速对流的研究大都涉及对机械能转换和流体物性随温度 变化两个因素的总体考虑，很难看到它们单独的影响。这里，我们暂 不考虑变物性的影响，首先讨论能量转换问题。 能量转换过程能可逆地发生，也能不可逆地发生。比如，在边界 层内，激波与粘性的相互作用使得机械能与热能间的不可逆转换增 大，无粘性的速度变化（比如在接近亚音速滞止点附近流体的减速） 则产生可逆的，或者非常接近可逆的能量转换。高速边界层滞止点的 比较能很好地说明这两种情况的明显区别。 z 在滞止点（图 6-1）处速度降低，边界层以外的压力和温度提高。 对于亚音速流动， 该过程几乎是等熵的， 流体粘度不起什么作用。 无论减速可逆还是不可

逆，滞止区边界层以外的流体 温度等于滞止温度， 也就是说， 流体温升来自于绝热减速：
? T∞
V2 = T∞ + 2c
（6.1.1）
V
若不考虑变物性影响，并
* 用 T∞ 代替 T∞ ， 低速滞止点的解
也能适用于高速滞止点问题：
? qw = h (Tw ? T∞ )
图 6-1 滞止点的流动
（6.1.2）
z 但高速边界层问题有所不同。 如果自由速度很高， 边界层以内速 度梯度很大， 边界层内因粘性切应力产生粘性耗散。 如果物体是 绝热的，那么耗散产生的热量可以靠分子或者涡漩传导的机理， 从靠近表面的向边界层外传递出去， 如图 6-2 所示。 稳态条件下， 在粘性耗散和热传导之间存在一种平衡状态， 导致图 6-2 所示的 温度分布。此条件下的表面温度就等于绝热壁面温度 Taw 。

四、实验对流换热

自然对流换热实验 一、实验装置
1—电源引出线，2—电源引出孔，3—聚苯乙稀泡沫，4—实验管段，5—电加热器
二、实验原理
对铜管进行电加热，热量是以对流换热和辐射换热两种方式传递给空气的，所以对流 换热量应是总热量与辐射换热量之差，即： Q=Qr+Qc=IV Qc=α F（tw-tf）
4 4 C0? ?? Tw ? ? T f ? ? IV ? ? ?? ?? ? ? ?? F (t w ? t f ) (t w ? t f ) ?? 100? ? 100? ? ? ? ? ?
Qr Qc I V ε C0 Tw Tf α
---------辐射换热量； ---------对流换热量 ---------电流强度 ---------电压 ---------实验管表面黑度 ---------黑体的辐射系数 ---------管壁平均温度 K ---------室内空气温度 K ---------自然对流换热系数
对于自然对流换热，努谢尔特数 Nu 是葛拉晓夫数 Gr 和普朗特数 Pr 的函数，即： Nu=f（Gr，Pr） 可以表示为： Num=c（Gr×Pr）mn 其中 Nu=α d/λ Gr=gβ (tw-tf)d3/ν
2
而 c、n 则是需要通过该实验确定的。为确定 c、n，改变加热量（通过调节电压实现） ， 通过测量的温度可求得一组准则数，经过几次实验可得到几组数据，在双对数坐标纸上以
Nu 为纵坐标、Gr×Pr 为横坐标将几组数据标出，画出一条直线，使大多数点落在这条直线 上或周围两侧。根据上面的公式 lgNu=lgc+nlg(Gr×Pr)，则这条直线的斜率为 n，截距为 c。
三、实验方法与步骤
1.按电路图接好线路，经指导老师检查后接通电源； 2.调节调压器，对实验管进行加热； 3.稳定六小时后开始测管壁温度，记录数据； 4.间隔半小时后再记录一次，直到两组数据接近为止； 5.把两组接近的数据取算术平均值，作为计算依据； 6.记录温度计指示的空气温度。
四、实验数据记录
1、 已知数据： 管径和允许电功率 d1=80mm 1200W d3=40mm 600W 管长 L1=2000mm L2=1600mm d2=60mm 800W d4=20mm 300W L3=1200mm L4=1000mm
C0=5.67 w/（m2×K4 ） 2、 测试数据：
黑度 ε 1=0.11
ε 2=ε 3=ε 4=0.15
电流 I=
管壁温度: 编 号 1 2 3 4 T1(℃)
A
T2(℃)
电压 V=
T3(℃)
V
T5(℃)
室内空气温度 tf= T6(℃) T7(℃)
℃ 备注 各 测 点 量 同 管 温 数 不
T4(℃)
T8(℃)
3、 整理数据： 根据所测温度求出平均值 tw ,计算加热器的热量 Q=I·V A、 求对流换热系数
4 4 C0? ?? Tw ? ? T f ? ? IV ? ? ?? ?? ? ? ?? F (t w ? t f ) (t w ? t f ) ?? 100? ? 100? ? ? ? ? ?
(W)
B、 查出物性参数： 定性温度取空气边界层平均温度 tm=(tw+tf)/2，在教材的附录中查得空气的各 物性参数，把求得的有关数据带入准则中可得准则数，把对应的数据标在双 对数坐标纸上，几组数据可整理得到一条直线，从而求出 c 和 n。
计算表 实验管 项目 tw Tw tf Tf tm λ β ν Pr Q F ε ·C0 α Num Grm (Gr·Pr)m 1

化工原理实验之对流传热实验

化工原理实验报告 之传热实验 学院 学生姓名 专业 学号 年级 二Ο一五年十一月

一、实验目的 1.测定冷空气—热蒸汽在套管换热器中的总传热系数K ； 2.测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数； 3.测定冷空气在不同的流量时，Nu 与Re 之间的关系曲线，拟合准 数方程。 二、实验原理 （1）冷空气-热蒸汽系统的传热速率方程为 m t KA Q ?= )ln(2 12 1t t t t t m ???-?= ?，11t T t -=?，22t T t -=? ) (21t t C V Q p -=ρ 式中，Q —单位时间内的传热量，W ; A —热蒸汽与冷空气之间的传热面积，2m ，dl A π=; m t ?—热蒸汽与冷空气之间的平均温差，℃或K K —总传热系数，)℃/(2?m W ； d —换热器内管的内直径，d =20mm l —换热器长度，l =1.3m ； V —冷空气流量，s m /3； p C 、ρ—冷空气密度，3/m kg 空气比热，kg J /; 21t t 、—冷空气进出换热器的温度，℃； T —热蒸汽的温度，℃。 实验通过测量热蒸汽的流量V ，热蒸汽进、出换热器的温度T 1

和T 2 （由于热蒸汽温度恒定，故可直接使用热蒸汽在中间段的温度作为T ）,冷空气进出换热器的温度t 1和t 2，即可测定K 。 （2）热蒸汽与冷空气的传热过程由热蒸汽对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷空气的对流传热三种传热组成，其总热阻为： 2 211111d h d d bd h K m ++=λ 其中,21h h 、—热空气，冷空气的给热系数，)℃/(?m W ； 21d d d m 、、—内管的内径、内外径的对数平均值、外径，m ； λ—内管材质的导热系数，)℃/(?m W 。 在大流量情况下，冷空气在夹套换热器壳程中处于强制湍流状态，h2较大， 221d h d 值较小；λ较大，m d d λ1值较小，可忽略，即 1h K ≈ （3）流体在圆形直管中作强制对流时对管壁的给热系数关联式为 n m C Nu Pr Re '=。 式中：Nu —努塞尔准数，1 1λd h Nu = ，1λ—空气的导热系数，)℃/(2 ?m W ； Re —雷诺准数，μ ρ du = Re ,—热蒸汽在管内的流速，s m /； Pr —普兰特准数，1 Pr λμ P C = ； μ—热蒸汽的黏度，s Pa ?。 对冷空气而言，在温度范围较大的情况下，Pr 基本不变，n 为常数，则上式可简化为：m C Nu Re =，式中n C C Pr '=。 u

对流换热——第六章

第六章 单相流体对流换热及准则关联式 第一节 管内受迫对流换热 本章重点：准确掌握准则方程式的适用条件和定性温度、定型尺寸的确定。 1-1 一般分析 ),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ= 流体受迫在管内对流换热时，还应考虑以下因素的影响：① 进口段与充分发展段，② 平均流速与平均温度，③ 物性场的不均匀性，④ 管子的几何特征。 一、进口段与充分发展段 1．流体在管内流动的主要特征是，流动存在着两个明显的流动区段，即流动进口（或发展）段和流动充分发展段，如图所示。 （1）从管子进口到边界层汇合处的这段管长内的流动称为管内流动进口段。 （2）进入定型流动的区域称为流动充分发展段。 在流动充分发展段，流体的径向速度分量v 为零，且轴向速度u 不再沿轴向变化，即： 0=??x u ， 0=v 2．管内的流态 （1）如果边界层在管中心处汇合时流体流动仍然保持层流，那么进入充分发展区后也就继续保持层流流动状态，从而构成流体管内层流流动过程。 2300Re < 用ν d u m = Re 判断流态, 式中 m u 为管内流体的截面平均流速， d 为管子的内直径，ν 为 流体的运动黏度。 （2）如果边界层在管中心处汇合时流体已经从层流流动完全转变为紊流流动，那么进入

充分发展区后就会维持紊流流动状态，从而构成流体管内紊流流动过程。 410Re > （3）如果边界层汇合时正处于流动从层流向紊流过渡的区域，那么其后的流动就会是过渡性的不稳定的流动，称为流体管内过渡流动过程。 410Re 2300<< 3．热进口段和热充分发展段 当流体温度和管壁温度不同时，在管子的进口区域同时也有热边界层在发展，随着流体向管内深入，热边界层最后也会在管中心汇合，从而进入热充分发展的流动换热区域，在热边界层汇合之前也就必然存在热进口区段。随着流动从层流变为紊流， 热边界层亦有层流和紊流热边界层之分。 热充分发展段的特征 对常物性流体，在常热流和常壁温边界条件下，热充分发展段的特征是：)(1x f t f =及 )(2x f t w =与管内任意点的温度),(r x f t =组成的无量纲温度??? ? ??--x f x w w t t t t ,,x ,随管长保持不变，即： 0,,x ,=??? ? ??--??x f x w w t t t t x 式中，t —管内任意点的温度，),(r x f t = ? x f x w w t t t t ,,x ,--仅是r 的函数。 则 c o n s t t t r t t t t t r x f x w R r R r x f x w w =-???? ????- =??? ? ??--??==,,,,x , 又 R r x r t q =???? ????-=λ 及 )(,,x f x w x x t t h q -= ? R r r t =???? ????-λ)(,,x f x w x t t h -= ? const h t t r t x x f x w R r ==-???? ????-=λ)(,, ? 常物性流体在热充分发展段的表面传热系数保持不变。（const h x = ? const h h x =） 流动进口段与热进口段的长度不一定相等，这取决于Pr 数： 当1Pr >时，流动进口段<热进口段； 当1Pr =时，流动进口段=热进口段； 当1Pr <时，流动进口段>热进口段； 管内局部表面传热系数随x 的变化，如图所示。