大空间自然对流换热

，
2、实验关联式 （1）竖空气夹层（常壁温）
14
H Nu 0.197 Gr Pr Gr 8.6 103 ~ 2.9 105 适用范围： H 11~ 42 Nu 0.073 Gr Pr
13
1 9
（6-46a）
H
三、有限空间自然对流换热的实验关联式
1、准则方程一般形式
H Nu c Gr Pr 这里： gt 3 Gr 2 ν h Nu 特征长度：
n m
定性温度： tw1 tw 2 1 tm 2 273 tm
t t w1 t w 2
1 9
（6-46b）
适用范围：
Gr 2.9 105 ~ 1.6 107
H 11~ 42
（2）水平空气夹层（常壁温）
Nu 0.212 Gr Pr
4
14
（6-47a）
5
适用范围： Gr 110 ~ 4.6 10
Nu 0.061 Gr Pr
适用范围： Gr 4.6 10
§6-5 大空间与有限空间自然对流换热的实验关联式
准则方程式：
Num C (Gr Pr)m
n
（6-37）
式中 C、n查表（6-10） gV tl 2 u0 gV tl 3 Gr ——格拉晓夫准则 （6-34） 2 νu0 ν ν 1 1 ——体积膨胀系数（ K ）， 理想气体有 T t w t 定性温度：tm
•不依靠泵与风机等外力推动由流体自身温度场的 不均匀所引起的流动称为自然对流


自然对流是流场温度分布不均匀导致的密度不均匀分 布，在浮升力的作用下产生的流体运动过程。 自然对 流换热则是流体与固体壁面之间因温度不同引起的自 然对流时发生的热量交换过程。 （1）竖板（竖管） （3）水平板 （2）水平管 （4）竖直夹层 （5）横圆管内侧
2、流体外掠球体的换热实验关联式 3、横掠管束换热实验关联式
（6-30）
1）见图6-13，6-14注意图中尺寸，且分顺排、叉排 2）实验关联式（管排数 n 16 ） ，见表6-7~6-8
3）管排修正（ n 16 时）
h ' nh
n
见表6-9
横掠管束
§6-5 大空间与有限空间内自然对流传热 的实验关联式
作业

6-13 6-34（单管）


1、对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强 化流体的换热? 2、其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷 相比，哪个的表面传热系数大，为什么？ 3、在地球表面某实验室内设计的自然对流换热实验， 到太空中是否仍然有效，为什么？ 4、在对流温度差大小相同的条件下,在夏季和冬季,屋 顶天花板内表面的对流放热系数是否相同?为什么?
5
13
（6-47b）
与 H 无关
•自学：例题6-6~6-8
ห้องสมุดไป่ตู้
对流换热计算的一般步骤：
1、首先判断是哪一类换热；（强制对流or自然对 流？圆管or平板？管内or管外？横掠or纵掠？） 2、正确选定定性温度和特征尺寸、特征流速；
3、判断流动的状态， （计算Re准则数）；
4、计算已定准则数，根据范围确定具体关联式； 并计算出最终结果：计算Nu→h →q。


（1）平板的B、m见表 （6-11）
（2）对于竖壁（层流局部值关联式）
Nux 0.6 Gr Pr
5 11 使用范围：10 Grx 10

x

15
（5-84）
∵ t w 未知，试算（迭代）： 设
tw
0
q 1 Gr Nu h t tw h
*
一、自然对流的流动特征
热竖壁为例：
1、温度和速度分布 P264图6-15 温度不均 → 密度不均 → 速度分布 2、自然对流的边界层及换热特征 （1）层流 → 过渡区 → 紊流 （2） hx ~ x 3、自然对流的边界层可用干涉仪直观的观察、研究。
4、自然对流换热的分类 a H 0.28 （1）大空间自然对流换热（底部封闭： b H 0.01 底部开口： （2）有限空间自然对流换热 如图6-15
H 竖壁或竖圆柱的高度
特征长度：l d 水平放置圆柱（横圆柱）的外径 l 水平壁的长度 Gr 决定量见表6-10 使用范围：
2
1、给定常壁温 tw
t tw t
Gr
用式（6-37）式中C、n查表6-10 说明：（1）竖圆柱 d 35 （6-38） 14 H GrH 限制d不能相对太细， 否则边界层与直径相比不能忽视！ （2）液体换热温差大时，用式 n Nu C Gr Pr ψ 物性修正因子 2、给定常热流密度q t w 未知 → t 未知 4 g ql （6-44） 引入新的准则数 Gr GrNu 2 ν m 准则方程 Nu B Gr Pr （6-43）