對(duì)流換熱計(jì)算式

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1、關(guān)系式返回到上一層以下匯總了工程中最常見(jiàn)的幾類對(duì)流換熱問(wèn)題的對(duì)流換熱計(jì)算關(guān)系式，適用邊界條件，已定準(zhǔn)則的適用范圍，特征尺寸與定性溫度的選取方法。一、掠過(guò)平板的強(qiáng)迫對(duì)流換熱應(yīng)注意區(qū)分層流和湍流兩種流態(tài)(一般忽略過(guò)渡流段)，恒壁溫與恒熱流兩種典型的邊界條件，以及局部Nu數(shù)和平均Nu數(shù)。沿平板強(qiáng)迫對(duì)流換熱準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式匯總注意：定性溫度為邊界層的平均溫度，即。二、管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱(1)流動(dòng)狀況不同于外部流動(dòng)的情形，無(wú)論層流或者湍流都存在流動(dòng)入口段和充分發(fā)展段，兩者的長(zhǎng)度差別很大。計(jì)算管內(nèi)流動(dòng)和換熱時(shí)，速度必須取為截面平均速度。(2)換熱狀況管內(nèi)熱邊界層也同樣存在入口段和充分發(fā)展段，只有在流體

2、的Pr數(shù)大致等于1的時(shí)候，兩個(gè)邊界層的入口段才重合。理解并準(zhǔn)確把握兩種典型邊界條件(恒壁溫與恒熱流)下流體截面平均溫度的沿程變化規(guī)律，對(duì)管內(nèi)對(duì)流換熱計(jì)算有著特殊重要的意義。(3)準(zhǔn)則數(shù)方程式要注意區(qū)分不同關(guān)聯(lián)式所針對(duì)的邊界條件，因?yàn)閷恿鲗?duì)邊界條件的敏感程度明顯高于湍流時(shí)。還需要特別指出，絕大多數(shù)管內(nèi)對(duì)流換熱計(jì)算式5f對(duì)工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用類比率關(guān)系式效果可能更好。下表匯總了不同流態(tài)和邊界條件下管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱計(jì)算最常用的一些準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式。(4)非圓截面管道僅湍流可以用當(dāng)量直徑的概念處理非圓截面管道的對(duì)流換熱問(wèn)題。層流時(shí)即使用當(dāng)量直徑的概念也無(wú)法將不同截面形狀管道換熱的

3、計(jì)算式全部統(tǒng)一。?流態(tài)及范圍適用范圍關(guān)聯(lián)式層流，充分發(fā)展段，光滑管常熱流層流，充分發(fā)展段，光滑管常壁溫層流，入口段-充分發(fā)展段，光滑管過(guò)渡流，入口段-充分發(fā)展段，氣體，光滑管過(guò)渡流，入口段-充分發(fā)展段，液體，光滑管紊流，充分發(fā)展段，光滑管加熱流體時(shí)，n=0.4；冷卻流體時(shí)，n=0.3；紊流，充分發(fā)展段，光滑管紊流，粗糙管紊流，粗糙管?三、繞流圓柱體的強(qiáng)迫對(duì)流換熱流體繞圓柱體流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)邊界層與掠過(guò)平板時(shí)有很大的不同出現(xiàn)脫體流動(dòng)和沿程局部Nu數(shù)發(fā)生大幅度升降變化的根本原因。橫掠單根圓管的對(duì)流換熱計(jì)算式還被擴(kuò)展到非圓管的情形。關(guān)聯(lián)式：定性溫度為主流溫度，定型尺寸為管外徑，速度取管外流速最

4、大值。當(dāng)Prf＞10時(shí)，Prf的冪次應(yīng)改為O.36，上述關(guān)聯(lián)式的適用范圍是O.7＜Prf＜500；1＜Ref＜106；對(duì)于空氣近似取Pr0.37f＝0.7，故Prf＝0.88。?四、繞流管束的強(qiáng)迫對(duì)流換熱這是工程中用得最多的流體換熱方式之—。它的流動(dòng)和換熱的基本特征與單管時(shí)相同，但增加了排列方式、管間距以及排數(shù)三個(gè)新的影響因素。除了光管管束以外，在氣體外部繞流換熱的場(chǎng)合，各種型式的肋片管柬在工程領(lǐng)域里用得越來(lái)越普遍。肋片的型式極多，已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的計(jì)算式不一定與實(shí)際使用的肋片管相同，選擇計(jì)算公式時(shí)應(yīng)注意這個(gè)問(wèn)題。各式定性溫度用流體在管束中的平均溫度，定型尺寸為管外徑；Re中的速度用流通

5、截面最窄處的流速(即管束中的最大流速)。其中εz管排修正系數(shù)，S1、S2為管間距。排列方式適用范圍關(guān)聯(lián)式對(duì)空氣或煙氣的簡(jiǎn)化式（）順排叉排??????管排修正系數(shù)εz排數(shù)1234568121620順排0.690.800.860.900.930.950.960.980.991.0叉排0.620.760.840.880.920.950.969.980.991.0?五、自然對(duì)流換熱因溫度差引起的自然對(duì)流邊界層和強(qiáng)迫流動(dòng)明顯不一樣，它具有單峰形狀，這種速度分布是在密度差和流體粘性的共同作用下形成的。自然對(duì)流換熱時(shí)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)相互鍋合，因此求解比強(qiáng)迫流動(dòng)更困難些。自然對(duì)流換熱計(jì)算中出現(xiàn)了一個(gè)新

6、的已定準(zhǔn)則數(shù)—Gr數(shù)。它是決定自然對(duì)流流動(dòng)狀態(tài)的基本因素。自然對(duì)流換熱對(duì)物體的形狀、朝向特別敏感，選取準(zhǔn)則數(shù)方程時(shí)應(yīng)給予足夠的注意。極限情況下甚至可能轉(zhuǎn)變成純導(dǎo)熱。近年在自然對(duì)流換熱領(lǐng)域出現(xiàn)較多形式復(fù)雜、自變量覆蓋面廣的新準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式，它們適應(yīng)了計(jì)算機(jī)計(jì)算的需要。1、無(wú)限空間自然對(duì)流換準(zhǔn)則數(shù)方程壁面形狀、位置及邊界條件C、n定型尺寸適用范圍流態(tài)Cn常壁溫，垂直平壁或垂直圓筒，平均Nu層流0.591/4高度h紊流0.11/3常熱流，垂直平壁或垂層流0.61/5局部點(diǎn)高度x直圓筒，局部Nux紊流0.171/4常壁溫，水平圓筒，平均Nu層流1.020.148外徑d0.8500.1880.4

7、800.250紊流0.1251/3常壁溫，熱面朝上或冷面朝下，平均Nu層流0.541/4矩形取兩個(gè)邊長(zhǎng)的平均值；非規(guī)則形取面積與周長(zhǎng)之比；圓盤取0.9d。紊流0.151/3常壁溫，熱面朝下或冷面朝上，平均Nu層流0.581/52、有限空間自然對(duì)流換準(zhǔn)則數(shù)方程有限空間中的自然對(duì)流是流動(dòng)和換熱形態(tài)都相當(dāng)復(fù)雜的—類情形，工程上經(jīng)常簡(jiǎn)化為按“導(dǎo)熱”的形式來(lái)處理，并由此引入當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的概念。Nuδ及Grδ的定型尺寸均為夾層厚度δ；定性溫度為：，H為豎直夾層高度。夾