自然对流换热

自然对流换热
大空间自然对流换热：周围没有其它物体阻碍换热面上边界层 形成和发展的自然对流换热。
有限空间自然对流换热：否则称为有限空间自然对流换热 。
1大空间自然对流换热
边界层：层流→紊流。
转变点取决于温差和流体 的性质 Gr Pr＞109 流态为紊流 边界层内速度分布：
y 0和y 处，均为零
y= 1 处具有最大流速
形成厚 15 mm 的竖直空气夹层。试计算通过空气夹层的自然
对流换热量。
解 定性温度 tm (tw1 tw2 ) / 2 (100 40) / 2 70℃，据此查附录得，空气物性
1.029 kg/m3 ， 20.02106 m2/s ， 0.0296 W/(m 1m/
4
(
h
)1/
9
Gr Pr 2 105 ~ 1.1107 时，
Num
0.073(Gr
Pr
)1m/
3
(
h
)1/
9
（5-32）
（5-33） （5-34）
以上各式的适用范围为： Pr 0.5 ~ 2 h / 11 ~ 42
准则的定，性温度 : tm (tw1 tw2 ) / 2
例 5-8 温度分别为 100℃和 40℃，面积均为0.50.5 m2 的两竖壁，
)1/
9
0.197
(1.002
104
)1m/
4
(
0.015 0.5
)1/
9
1.335
Num 1.335 0.0296 2.63 W/(m2 K)
0.015
自然对流换热量为
Q Ft 2.63(0.50.5)(100 40) 39.5 W
作业
1. 4.
17
下脚标m表示定性温度为 tm (tw tf ) / 2
tw 壁面温度，tf 远离壁面处的流体温度
Gr数中的t取tw和tf 之差。
表5-4适用于常壁温自然对流换热
对于竖圆柱，只有在下列条件满足时，才能按垂直平壁处理，
误差在5％以内
d ≥ 35 H GrH H 1/ 4
2有限空间自然对流换热 竖直空气夹层有限空间自然对流换热计算的处理方法
， 1 1 2.915103 1/K 。 Tm 273 70
g th3 Gr Pr 2 Pr
9.8 2.915103 (100 40) 0.0153
(20.01106 )2
0.694
1.002104＜2105
可按式（5-33）计算。
Num
0.197(Gr
Pr
)1m/
4
(
h
竖直夹层的自然对流换热也有一定的影响。 图5-19 竖直空气夹层中的自然
一般实验关联式的形式为
对流换热
Num
C(Gr
Pr
)
n m
(
h
)
k
对于竖直空气夹层，相关文献中介绍的准则实验关联式如下：
Gr Pr＜2000 时，
Num 1
Gr Pr 6000 ~ 2 105 时，
Num
0.197(Gr
夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度δ 为定型尺寸的Gr数
Gr
g 3(tw1 tw2 ) 2
或者 Gr Pr 当 Gr 极小时，换热依靠纯导热。
随着Gr 提高，会依次出现向层流特性过渡的 流动（环流）、层流特性的流动、紊流特性的
流动。与之相对应，则有几种不同的换热关联
式。在夹层自然对流换热中，相对尺寸 / h对
3
温度分布
：y
0处，
t=t w
y 处， t=t
局部换热系数的变化： 图5-18 流体沿竖壁大空间自然对流示意图
大空间自然对流换热的准则实验关联式 ：
Num C(Gr Pr )mn
Gr－格拉晓夫准则 β 为容积膨胀系数（1/K)
Gr
gtL3 2
ν 为运动粘度(m2/s)
L为定型尺寸(m)
C、n：实验确定的常数。