知识点：流体在管内受迫流动时对流换热的特点PPT汇总

热进口段
热充分发展段
αx αx 0 x
图1 层流进口段与充分发展段
知识点：流体在管内受迫流动时对流换热的特点
段。流入管内的流体，由于与管壁摩擦的结果，靠近管壁的 流体速度逐渐减小，但因流体的流量一定，所以通过各截面 中心的流体流速逐渐增加，直至流体流动达到稳定流速分布 也就不再改变了，称为发展段。入口段长度仅为10d～45d， 一般取50d。计算中把长度小于50d的管道称短管，长度大于 等于50d的管道称长管。 在流体趋向稳定的一段，即入口段内，由于流体流动状 况在不断的变化，所以换热情况也要随着发生变化。 在紊流状态下，在入口段中，层流边界层的厚度从零开 始不断增加，直到进入发展段为止。边界层的厚度随Re的增 加而减小。 流体温度沿截面的分布和速度的分布一样，在入口段也
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数曲线。 1.入口段的影响 上述层流和紊流 的流速分布规律只对 流动达到稳定状态才 正确。流体在刚进入 管内时的流速分布是 不断变化着的，流动 状态是不稳定的。只 有在流过一段距离以 后才能达到稳定，通 常称这段距离为入口
δ w
流动进口段 δt
流动充分发展段
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此外，在管内层流对流换热问题中，由于截面上各点温 度不一致，在流体中形成了浮升力，并出现了自然对流，最 后也影响了截面上的流速分布。 通过以上分析可见，图2中曲线2的流动边界层厚于曲线 3 的流动边界层。因此，相同条件下液体被加热时对流换热 系数要大于液体被冷却时对流换热系数，气体则相反。 3.管道弯曲的影响 当流体在弯管中流动时，由于离心力的作用，流体的流 动将向弯管外侧挤压，并在截面上引起附加的二次环流 (见 图3)。曲率半径愈大，离心作用的影响就愈小；流体的断面 平均流速越大产生的二次环流流速就越大。由于弯管中附加 环流的出现，加剧了流体的扰动，结果使弯管的换热系数增
流入管内的流体由于与管壁摩擦的结果靠近管壁的流体速度逐渐减小但因流体的流量一定所以通过各截面中心的流体流速逐渐增加直至流体流动达到稳定流速分布也就不再改变了称为发展段
知识点：流体在管内受迫流动时对流换热的特点
流体在外力(如水泵、通风机、压缩机等)作用下引起的 流动称受迫流动。流体受迫流动时和固体壁面间的热量交换 称受迫流动换热。对于常见的圆管对流换热根据受迫流动换 热时流体所在位置不同可将其分为管内受迫流动换热和管外 受迫流动换热。 下面介绍流体在管内受迫流动时对流换热的特点。 流体在管内流动时可分为层流和紊流两种流态，实验表 明，流体在管内流动时的临界雷诺数为2300。Re＜2300时， 为层流，Re＞2300时，出现了由层流状态到紊流状态的转变 过程，当Re＞104时，达到了旺盛的紊流状态。雷诺数Re介于 2300与104之间时，为层流向紊流转变的过渡阶段，称为过渡 状态。层流时流速分布为抛物线，而紊流时的流速分布为对
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对于液体来说，主要是粘滞系数随温度而变化；对于气 体，除粘性外，密度和导热系数也随温度改变。图 2 所示为 流体在管内作层流流动时被加热和被冷却时的速度分布曲线 曲线 1 为等温流动时的速度分布曲线。当液体被冷却时，管 壁处的温度低于管中心，这时壁面附近的液体粘度高于管中 心处的液体粘度，与曲线 1 相比，管壁附近的流速减小，管 中心处的速度增大，速度分布见曲线 2 。当液体被加热时， 管壁处的温度高于中心，此时壁面附近的液体粘度降低，流 速增大，而管中心液体的粘度增大，流速减小。图 2 中的曲 线3 表示了液体被加热时的速度分布情况。对于气体，由于 其粘度随温度的升高而增大，所以换热对速度分布的影响与 液体的情况相反。
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有一个逐渐稳定的过程。在管道入口处，边界层较薄，所以 温度梯度也较大，离入口处较远，则边界层较厚，温度梯度 也较小。对应于这种变化，在管道入口处的局部换热系统最 大，以后沿管道长度逐渐减小，最后趋于某一极限值，然后 保持不变。图1表明了管内局部换热系数α x与平均换热系数 α 随管长x的变化情况，由图中可以看出，在层流情况下， 局部换热系数α x趋于不变值的距离大。而在紊流情况下，当 边界层变为紊流后，局部换热系数将回升，并迅速趋于不变 值。由此可以得出结论，在相同条件下短管的平均对流换热 系数要大于长管的平均对流换热系数。 2.热流方向的影响 当流体在管内流动过程中被热的管壁加热或被冷的管壁
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冷却时，流动为非等温过程。这时，流体的温度不仅沿管道 长度发生变化，而且沿截面也要改变，因而流体的物性也随 之而变。
2 1 d
3
二次环流 1-等温流动； 2-液体被加热或气体被冷却； 3-气体被加热或液体被冷却； R
图2 热流方向对速度场的影响
图3பைடு நூலகம்管道弯曲对速度场的影响
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大。流体在管内作层流运动时所形成的二次环流较弱，因此 在工程中可以忽略不计，而紊流时不可忽略。由此可见，在 相同条件下，弯管的对流换热系数要大于直管的对流换热系 数。