第六章 各种对流传热过程综述

Prf
f
a

f cf f
f c
m2 s
a
式中: 特征温度采用流体平均温度 tf ，
tf
1 t f t f 2


特征长度为管内径；非圆形截面槽道,用当量直径de作 为特征尺度应用到上述准则方程中去， 4A
de P
式中： A为槽道的流动截面积；P 为湿周长。 特征流速 为流体平均温度tf下流动截面的平均流速uf。
2 3 1 d f Nu f 0.116 Re 2f / 3 125 Prf 3 1 l w



0.14
实验验证范围为：
2300<Ref <6000
二、外部流动强制对流传热实验关联式
外部流动：换热壁面上的流动边界层与热边界层能
② 进入充分发展段后，对于常物性流体，Nu数与Re无关而 保持不变，对流传热系数h也不变； ③ 热边界条件对传热有显著影响，，一般恒热流时的传热 强大于恒壁温。例如：圆管内层流充分发展段，恒热流 时Nu=4.36，恒壁温时Nu=3.66；
④ 上面的实验关联式只适用于圆管。
4. 过渡区强迫对流传热关联式
hm AΔt m = q m c p (t f - t f )
式中， q 为质量流量；
m
tf、tf 分别为出口、进口截面上的平均温度；
Δt m 按对数平均温差计算：
t m
tf tf tw tf ln tw tf
' '' t代替。 f tf tw 2
实验验证范围：
Re f 10 ～1.2 10 ,
4 5
Pr f 0.7～120,
l / d 60。
此式适用与流体与壁面具有中等以下温差场合。 • 在有换热条件下，截面上的温度并不均匀，导致速度分 布发生畸变。 • 一般在关联式中引进乘数ε来考虑不均匀物性场对换热 的影响。
迪贝斯－贝尔特修正公式
d u f d f c f f 0.023 l t R f f d .4 0.6 0.8 0.8 c0 f f f uf 0.023 l t R 0.4 0.2 f d
0.8 0.4
3. 管内层流换热关联式（强迫对流）
tw tf ' ' 当出口截面的温差与进口截面的温差 tw tf ' 在0.5~2之间时，
可用算术平均温差 Δt m
2. 管内湍流换热实验关联式（强迫对流） 实用上使用最广的是迪贝斯－贝尔特公式：
Nu f 0.023Re Pr
0.8 f
0.4 f
Nuf
hd
f
Re f
uf d
f
第六章 各种对流传热过程
本章要点：1.着重掌握受迫、自然对流换热的基本原理和 基本计算 2. 着重掌握凝结、沸腾换热的基本概念及影响因素 本章难点：受迫、自然对流换热的分析计算 凝结、沸腾换热的分析解
本章主要内容： 第一节 受迫对流换热 第二节 自然对流换热 第三节 蒸汽凝结换热 第四节 液体沸腾换热

0.55
当气体被冷却时， εt=1
f 对液体 t w
m
ηw 表示以壁面平均 温度tw作定性温度时 流体的动力粘度。
液体受热时 m 0.11
液体被冷却时
m=0.25
当温差 t tw tf 不大，可不作温差修正，即 εt≈1
。
弯管效应修正系数:
螺线管强化了换热。对此有弯管修正系数：
对于气体 对于液体
d R 1 1.77 R
d R 1 10.3 R
3
以上所有方程仅适用于 Pr 0.6 的气体 或液体。 对 Pr 数很小的液态金属，换热规律完 全不同。 f 0 . 8 0 . 4 对流换热系数： h 0.023Re f Prf l t R
第一节
单相流体受迫对流传热
Nu f Re, Pr
Re ufd
一、管槽内强制对流流动和换热的特征 1、概述 （1）流动和传热特征： 流动有层流和湍流之分

•
• •
层流：
过渡区： 旺盛湍流：
Re<2200
2200<Re<10000 Re>10000
入口段的热边界层薄，表面传热系数高。 层流入口段长度: l / d 0.05 Re Pr 湍流时:
l / d 60
（2）热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种 湍流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。
牛顿冷却公式中的平均温差
q htm
对恒热流条件，可取 (tw - t f ) 作为 Δt m 。 对于恒壁温条件，截面上的局部温差是个变值， 应利用热平衡式：
实际工程换热设备中，层流时的换热常常处于入 口段的范围（ l / d 0.05 Re Pr ）。可采用齐德
1 3
－泰特公式：
d f Nu f 1.86 Re f Prf l w
1

0.14
式中，用 用
d 3 ( ) l 来考虑入口效应对h的影响；
Nu f 0.023Re
0.8 f
Pr l t R
0.4 f
入口效应修正系数（管长修正系数）: 入口段的传热系数较高。对于通常的工业设备中的
尖角入口，有以下入口效应修正系数：
d l 1 l
0.7
温差修正系数:
对气体被加热时，
Tf t T w
自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。
1.
Fra Baidu bibliotek
纵掠平壁换热实验关联式 （1）层流强迫对流传热
u x hx 0.332 x a
hxx 0.332 Re x
f w
0.14
来考虑温度场对h的影响。
特征温度为流体平均温度 t f （ w 按 壁温 t w 确定），特征长度为管内径，管 子处于均匀壁温。 实验验证范围为： Ref <2200
Prf >0.6
(RefPrfd/l) >10
管内强迫对流传热特点：
① 常处于入口段范围；