传热学课件-清华大学 (6)

§6-1 管内受迫对流换热
第六章单相流体对流换热及准则关联式
学习对流换热的目的：学会解决实际问题；会计算表面传热系数h
大多数是由大量的实验研究确定的
本章给出的具体函数形式Pr)(Re,Nu f =工程上、日常生活中有大量应用：
暖气管道、各类热水
及蒸汽管道、换热器
流动进口段：10[ : Re;05.0 ∈≈d
L
d L 紊流层流：∂u
流动进口段： : Re;05.0 ∈≈d
L
d L 紊流层流：∂u
热充分发展段：
常物性流体在热充分发展段：h = const
（1）管内流体平均速度
3、管内流体平均速度及平均温度∫∫=
⋅=
=R
R
m urdr
rdr
u f u G 0022πρπρρrdr u df u dG πρρ2⋅=⋅=G —质量流量[kg/s]；V —体积流量[m 3/s]；G=ρV
∫∫=
=
=R
m R m urdr
R
u urdr R u G 0202
2 ;2πρπρ
t∆
(
管内对流换热进口段的局部Nusselt数
2、流体热物性变化对换热的影响
对于液体：主要是粘性随温度而变化流体平均温度相同的条件下，液体被加热时的表面传热系数高于液体被冷却加热时的值
↓
⇒↑η t 对于气体：除了粘性，还有密度和热导率等
↑
↓↑⇒↑λρη，，
t
液体：
1
=
C R+—
R螺旋管曲率半径
4、管壁粗糙度的影响
粗糙管：铸造管、冷拔管等
湍流：粗糙度∆>层流底层厚度δ时: 换热增强
层流：影响不大
粗糙度∆<层流底层厚度δ时: 影响不大
If water at 300K flows
through a 3cm -diameter
pipe at 5m/s, the thickness
of the viscous sublayer is
only about 20m
µ有时利用粗糙表面强
化换热—强化表面
（1）迪图斯-玻尔特（Dittus-Boelter ）关联式：
⎩
⎨⎧<>==)( 3.0)( 4.0 ;Pr Re 023.08.0f w f w m f f f t t t t m Nu 由于没有考虑变物性，只适用于壁面和流体的温差不很大的情况：
Petukhov 等人的研究表明：
上式只在有限的范围内适用。

(
)()()油；水；气体C 10 C 20 C 50D
D D <∆<∆<∆t t t 当Re 在104~106之间、Pr 在
0.5~100之间时，Re f 的幂指
数为0.79~0.92。

而m 为
0.6~0.25。

2
Re 134.7log Re 02.54.7log −⎪⎭⎪⎬⎫⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−D s D s R k R k
5
10
5Re ×<:
const E.Pohlhausen ，1921）关联式：
x
u ∞=
Re ;Pr Re 332.031
5.0精确解
n
三、横掠管束（Flow across tube banks）
管壳式换热器中
流体绕流管束
汽车拖拉机冷却水
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
In-line tube rows
Staggered tube rows。