对流受热面换热计算
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关系式返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式,适用边界条件,已定准则的适用范围,特征尺寸与定性温度的选取方法。
一、掠过平板的强迫对流换热应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ,恒壁温与恒热流两种典型的边界条件,以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。
沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总注意:定性温度为边界层的平均温度,即。
二、管内强迫对流换热(1) 流动状况不同于外部流动的情形,无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段,两者的长度差别很大。
计算管内流动和换热时,速度必须取为截面平均速度。
(2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段,只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候,两个边界层的入口段才重合。
理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温度的沿程变化规律,对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。
(3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件,因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。
还需要特别指出,绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管,如果遇到粗糙管,使用类比率关系式效果可能更好。
下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。
(4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。
层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。
常热流层流,充分发展段,常壁温层流,充分发展段,充-充分发展段,气体,-充分发展段,液体,;紊流,充分发展段,紊流,粗糙管紊流,粗糙管三、绕流圆柱体的强迫对流换热流体绕圆柱体流动时,流动边界层与掠过平板时有很大的不同出现脱体流动和沿程局部 Nu 数发生大幅度升降变化的根本原因。
横掠单根圆管的对流换热计算式还被扩展到非圆管的情形。
关联式:定性温度为主流温度,定型尺寸为管外径,速度取管外流速最大值。
对流换热计算实例流体换热计算是热工领域的重要内容,用于确定流体在换热过程中的温度、压力、质量流率等参数。
在实际工程中,流体换热计算非常常见,例如工业炉窑、蒸汽发生器、冷却系统等。
为了更好地理解流体换热的计算过程,本文将结合一个实例详细介绍流体换热计算的方法。
假设我们有一个工业加热炉,需要将水加热至80℃,加热炉内的炉温为1200℃。
加热炉的换热面积为10平方米,水的流量为2吨/小时。
我们需要计算加热炉所需要的燃料消耗量,以及加热时间。
首先,我们需要确定热传导的热阻系数。
常见的热阻系数有热传导、对流和辐射三种,对流热阻在实际工程中通常占较大比例。
在这个加热炉内,水的对流热阻决定了水的加热速率。
通常情况下,对流热阻可以通过德拜数来估算。
德拜数是一个无量纲的数学指标,表示流体内部的对流热阻。
对于液体流动,德拜数的计算公式如下:Nuer = (ρ·V·l)/k其中,Nuer为德拜数,ρ为液体的密度,V为液体的流速,l为热交换器的特征尺寸,k为液体的导热系数。
根据问题中的数据,水的密度为1000 kg/m³,流速为2吨/小时,特征尺寸为10平方米,导热系数为0.6 W/(m·K),则德拜数的计算结果为:得到德拜数后,可以应用不同的换热关联式计算对流传热系数。
以Dittus-Boelter关联式为例,可以根据德拜数来计算对流传热系数:Nu = 0.023 × Nuer^0.8 × Pr^0.4其中,Nu为对流传热系数,Pr为普朗特数。
根据实际流体的特性,可以选择特定的对流传热关联式。
在本例中,我们假设水为普通流体,通常情况下普朗特数在6到20之间。
这里我们取Pr为10,根据Dittus-Boelter关联式得到对流传热系数Nu:得到对流传热系数Nu后,可以利用传热公式计算热交换率。
Q=h×A×ΔT其中,Q为热交换率,h为对流传热系数,A为换热面积,ΔT为温度差。
对流换热公式汇总与分析【摘要】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,它已不是基本传热方式。
本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。
【关键词】对流换热类型公式适用范围对流换热的基本计算形式一一牛顿冷却公式:q=h(t w-t f) (W/m2)或Am2上热流量门二h(t w -t f) (W)上式中表面传热系数h最为关键,表面传热系数是众多因素的函数,即h = f(u,t w,t f, ■ ,C p,匚:,fl)综上所述,由于影响对流换热的因素很多,因此对流换热的分析与计算将分类进行,本文所涉及的典型换热类型如表 1所示。
表1典型换热类型1.1内部流动1.1.1圆管内受迫对流换热(1)层流换热公式西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为Nu =1.86Re73 Pr;/3(g)1/3( -)0.14f f f Iw或写成NU f =1.86(Pe f d)1/3(>)0.14f I (J.w式中引用了几何参数准则d,以考虑进口段的影响。
[1适用范围:0.48 ::: Pr <16700,0.0044 ::(」厂:9.75。
—w定性温度取全管长流体的平均温度,定性尺寸为管内径d。
如果管子较长,以致[(Re 卩芒)1/3(土)0.14]乞 2lw则NU f可作为常数处理,采用下式计算表面传热系数。
常物性流体在热充分发展段的 Nu是NU f =4.36(q=co nsl)NU f =3.66(t w =c onst)(2)过渡流换热公式对于气体,0.6 ::: Pr f :: 1.5, 0.5 ::匚::1.5,2300 :: Re f :: 104。
0.8 0.4 d、2/3 Tf、0.45NU f =0.0214(Re f -100)Pr f [1 (一)]()l T wPr对于液体,1.5 :: Pr f ::: 500,0.05 —:: 20,2300 :: Re f :: 104。