传热学chapter6
传热学第六章课件
ε R：弯管效应修正系数。（详见后述）
14
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
① ε l 为考虑入口段对平均对流传热系数影响的入口效应修正系
数，又称管长修正系数。
εl≥1
15
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
3 加热液体或冷却气体
18
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
② ε t 为温差修正系数：
综上所述，不均匀物性场对对流传热的影响，视液体还是气体、
加热还是冷却以及温差大小而异，温差修正系数εt 一般可按下式
计算：
液体：
加热
冷却
气体：
加热
冷却
19
第一节 单相流体的强迫对流传热
气体：
εR≥1
式中，R为弯管的弯曲半径
液体：
※特别地，对于蛇形管，直管段较短时必须考虑弯曲段的影响；
而直管段较长时（如锅炉过热器、省煤器的管子以及化工厂蛇形
管换热器中的管子等），弯曲管段对整个管子平均对流传热系数
的影响不大，可近似取εR=1。
21
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
长铜管，进、出口温度分别为20℃和60℃。设铜管内壁的平
均温度为90℃，试计算冷却水侧的对流传热系数及单位管长
的传热量。
解： 由题意，
① 选取特征温度，查取有关物性参数值。
27
第一节 单相流体的强迫对流传热
② 计算雷诺数Re，判定流动状态。
③ 选取公式，计算Nu数，进一步计算平均对流传热系数h。
传热学第六章
6. 对流换热基础理论6.1 知识结构1． 对流换热的特点；2． 换热系数h 及其影响因素； 3． 对流换热问题的数学描述：（1） 假设：不可压缩牛顿型流体，常物性，无内热源，忽略粘性耗散； （2） 方程组（换热、能量、动量、质量）各项物理涵义；（3） 平板层流强制对流的精确解（边界层理论，数量级分析简化）； （4） 平板层流强制对流的近似解（边界层理论，边界层积分）。
4． 实验求解方法： （1） 相似原理相似性质：彼此相似的现象，其同名准则必定相等。
相似判据：同类现象，单值性条件相似，同名已定准则相等，则现象相似。
相似解：实验关联式（准则方程式）。
（2） 准则确定方法：方程分析法、量纲分析法。
（3） 实验数据处理：误差分析，作图法求系数，数据回归。
（4） 实验关联式应用条件：适用范围，定性温度，特征尺度，特征流速，修正系数（入口、弯道、特性）。
5． 对流换热中常用准则（Nu 、Re 、Gr 、Pr ）的定义式及其物理涵义。
6.2 重点内容剖析6.2.1 概述对流换热——流体与固体壁面之间的热交换。
t h q t hA ∆=⇒∆=Φ…………（h 的定义式） (6-1) 一、任务求取 h=f （流体、物性、流态、换热面形状等）的具体表达式 二、思路（对流换热量=附壁薄层导热量）()t A h t t A h yt Ax w x y ∆=-=∂∂-=Φ∞=0λ (6-2)()x y x ytt h 0=∂∂∆-=⇒λ (6-3)式中：h x —— 局部表面传热系数λ —— 流体导热系数Δt —— 流体与壁面传热温差求取表面传热系数的问题←求取附面层温度变化率←求取流体温度场三、研究方法1·理论解——建立微分方程组→求解2·实验解—— 相似原理，量纲分析→实验准则→实验关联式四、影响对流换热的因素1· 流动的动力（1） 自然对流——由于流体各部分密度不同而引起的流动，其流动强度与受热不均匀程度、流体性质和空间大小及位置有关。
传热学第六章
第六章 单相对流传热的实验关联式
第六章 单相对流传热的实验关联式
外掠平板流动
内部流动
6-3 内部强制对流换热实验关联式
6.3.1. 管槽内强制对流流动与换热的特点 1.两种流态
6.3.1.管槽内强制对流流动与换热的特点 2. 入口段与充分发展段
流动进口段与充分发展段
管内等温层流流动充分发展段具有以下特征： (a) 沿轴向的速度不变，其它方向的速度为零； (b) 圆管横截面上的速度分布为抛物线形分布；
6-2
可见，对于圆形管道，边界条件不同，对流换热强度也不同：
qw = 常数，Nu = 4.36，tw = 常数，Nu = 3.66。
6.3.3 管内层流强制对流换热关联式
对于长管，可以利用表中的数值进行计算。对于 短管，进口段的影响不能忽略，可用齐德－泰特关系式 计算等壁温管内层流换热的平均努塞尔数：
在计算弯管内的对流换热时， 应在直管基础上加乘弯管修正因
子c R 。
6.3.2 管内湍流强制对流换热关联式
6.3.2 管内湍流强制对流换热关联式
对上述公式的几点说明：
1）上述公式都属于经验公式，当采用公式进行对流换热计算 时，要注意每个公式的使用条件；
2）在对流换热的研究中，曾经提出过数以十计的关联式，以 上几个公式只是有代表性的几个；
相似原理指导下的实验研究仍然是解决复杂对 流换热问题的可靠方法。 相似原理回答三个问题： （1）如何安排实验？ （2）如何整理实验数据？ （3）如何推广应用实验研究结果？
6-1 相似原理与量纲分析
6-1 相似原理与量纲分析
6.1.1物理现象相似的定义
传热学-第6章
物理现象相似、同类物理现象、 物理现象相似的特性、 物理现象相似的条件、已定准则数、待定准则数、定性 温度、特征长度和特征速度
③ 无量纲量的获得：相似分析法和量纲分析法
第6章 对流换热 23
④常见准则数的定义、物理意义和表达式，及其各量的 物理意义 ⑤模化试验应遵循的准则数方程
强制对流:
Nu f (Re, Pr)； Nu x f ( x ' , Re, Pr)
例题：以圆管内单相强制对流换热为例
(a)确定相关的物理量
h f (u, d , , , , c p )
n 7
第6章 对流换热 10
(b)确定基本量纲 r
kg h: 3 s K
m u: s
kg : Pa s ms
W kg m d :m : 3 mK s K kg J m2 : 3 cp : 2 kg K s K m
0.25
???????????????22uxuyguvy???t???t?????????????????11ptt60代入动量方程并令改写原方程????t????????????22uxuyuyuvg相似分析???????????????????202022uluuxuyuyuvgtl61????????????????????22020uluxuygtluuyuv?????????23020ulgtlugtlgr格拉晓夫数浮升力粘滞力62?prnufgr自然对流换热准则方程式为自然对流换热??0
如：
Nu f 、 f 、 f 或Nu m、 m 、 m Re Pr Re Pr
使用特征数关联式时，必须与其定性温度一致
第6章 对流换热 17
b
特征长度：包含在相似特征数中的几何长度； 取对于流动和换热有显著影响的几何尺度
传热学第六章
流动全部为紊流
局部传热系数关联式 Nuxm 0.0296Rex4m/5Prm1/3
平均传热系数关联式 Num 0.037Rem4/5Prm1/3
Rex=0≥108 0.6 Prm 60
混合边界层
h
1 l
xc
0
hcx
dx
1
l
xc
hcx
2 dx
Rem
u d o
层流 Rem 1.4 105
层流、紊流的转变
特征速度 来流速度 u∞ 特征尺寸 管外径 d0
Rem＞1.4 105
定性温度 热边界层的平均温度 tm=1/2(t∞+tw)
1.流动的特征
圆柱前半部，沿流动方向流体处于加速减压状态，沿流向压 力逐渐减小。圆柱后半部，沿流向压力逐渐增加。最大粘滞 摩擦力处于圆柱表面处，因而圆柱表面附近的流体受到的阻 力最大。
小结：利用关联式获取表面换热系数的关键步骤
1，熟悉对象：如流过平板、圆柱、球或管束； 2，确定特征温度，查表获取特征温度下流体的热物理参数； 3，确定特征长度，计算Re数； 4，确定要获取局部、还是平均表面换热系数； 5，选择合适的关联式计算无量纲表面换热系数，即Nu数； 6，计算换热系数。
2017/10/23
第六章 单相对流换热的实验关联式
Convection Heat Transfer
§6-1 管内强制对流传热
6.1.1管内强制对流流动和换热的特征
入口段 充分发展段
1. 层流和湍流判别
层流： Re 2300 过渡区： 2300 Re 10000 旺盛湍流： Re 10000
Nu f
传热学 第6章
h(Ts − T∞ )
dT − k fluid dy
y= 0
hLc Nu = k fluid
conductive resist. in the solid vs. convective resist. in the fluid
h(Ts − T∞ )
ksolid
− ksolid
dT dy
Bi =
y= 0
hLc k solid
9 10
Characteristic length Lc is also different !!!!
V∞ ,T∞
No slip condition The fluid adheres to the solid surface, at which the fluid velocity equals to zero. This is called no slip conditions.
y
Bulk Fluid
T2 Fluid layer · Q
The local heat transfer coefficients vary along a surface. The average coefficients are obtained by integrating local values over the entire surface. Average heat transfer coefficients
y =0
2
Newtonian Fluid
Friction(drag) force:
FD = C fA
ρV∞ 2
2
(N)
μ, dynamic viscosity of the fluid, kg/m·s
《传热学第六章》课件
现代
计算机技术和数值模拟方法的兴起为 传热学研究提供了新的手段，推动了
传热学在各领域的广泛应用。
02
热传导
热传导的定义
热传导
是指热量在物体内部通过分子、原子 或其他微观粒子的振动和相互碰撞， 从高温部分传向低温部分的过程。
热传导的基本机制
主要包括分子热运动、热辐射和热对 流。
热传导的定律
傅里叶定律
在单位时间内通过某一截面的热量与该截面 面积及温度梯度成正比。
导热系数
表示材料传导热量的能力，其值越大，导热 性能越好。
热阻
表示热量在传递过程中的阻碍程度，热阻越 大，传热效率越低。
热传导的分类
非稳态热传导
热量传递过程中，物体各点的温度随时间变 化。
稳态热传导
热量传递过程中，物体各点的温度不随时间 变化。
详细描述
强制对流是指流体在外力作用下产生运动，从而与固体表面 进行热量交换；自然对流是指流体由于密度差而产生运动， 从而与固体表面进行热量交换；混合对流则同时存在强制对 流和自然对流。
对流换热的计算方法
总结词
对流换热的计算方法包括牛顿冷却公式、对流换热系数和热平衡方程等。
详细描述
牛顿冷却公式是计算对流换热的基本公式，给出了流体温度、固体表面温度、流体性质和换热系数之间的关系； 对流换热系数是表示流体与固体表面之间热量传递效率的系数，可以通过实验测定或经验公式计算；热平衡方程 则用于描述整个系统在稳态或动态下的热量平衡关系。
辐射换热的定律
总结词
辐射换热遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律、普朗克定律和维恩位移定律。
详细描述
斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述了物体发射和吸收辐射的能力与温度的关系，普朗克定律则描述了黑体辐射 的特性，而维恩位移定律则揭示了物体发射的辐射峰值波长与温度之间的关系。这些定律是辐射换热 的基础，为计算提供了重要的理论依据。
传热学第六章课件chapter
第二页，共36页。
第三页，共36页。
第四页，共36页。
第五页，共36页。
第六页，共36页。
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第十六页，共36页。
第十七页，共36页。
第十八页，共36页。
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第二十一页，共36页。
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第二十八页，共36页。
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第三十页，共36页。
第三十一页，共36页。
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传热学第六章答案
第六章复习题1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。
凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。
（1） 初始条件。
指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。
（2） 边界条件。
所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。
（3） 几何条件。
换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。
（4） 物理条件。
物体的种类与物性。
2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子．3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。
答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。
6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。
答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。
7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。
这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。
8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律．9．简述数数，数，Gr Nu Pr 的物理意义．Bi Nu 数与数有什么区别？ 10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？ 相似原理与量纲分析6－1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200C 的空气来模拟实物中平均温度为2000C 空气的加热过程。
传热学 第六章
qEAEb
当系统处于热平衡状态时，Tb T,q0
E A
Eb
图6-10 平行平板的辐 射换热
把上述关系推广
E1 A1
E2 A2
E ... AEb
在热平衡状态下，任何实际物体的辐射力和吸收率之比
都相同，均等于同温度下黑体的辐射力 。
与黑体热平衡的条件下才能成立
又：
E AEb
物体表面的黑度只取决于发射物体本身，与外界条件并无关系。 表面温度，表面性质、状况、表面涂层的厚度等都对物体的黑度 有很大的影响。物体表面的黑度值一般要由实验测定。
6.3.2 实际物体的吸收
吸收率A：实际物体对投入辐射吸收的百分数称为该物体 的吸收率
单色吸收率 A ：对某一波长辐射能吸收的百分数
因为所有实际物体的吸收率总小于1，所以在温度相同时
黑体的辐射力最大。
又：
E A
Eb
A(T,T(黑 体 ） ） （ T)
在热平衡的条件下，任意物体对黑体辐射的吸收率恒等于
同温度下该物体的黑度。在温度相同的前提下，物体的
辐射力越大，其吸收率也越大。
对于灰体，由于其单色吸收率不随波长变化，于是不论 投入辐射是否来自黑体：
（6-29）
利用式（6-29）求非封闭系统的角系数
作辅助线ac、bd、bc、ad
对于四边形1324，由角系数的完整性：
2
φ1，1 ＋φ1，2 ＋φ1，3＋φ1，4＝1
φ1，1 ＝0
3
5
φ1，2＝1－φ1，3 －φ1，4
64
利用式（6-29），对三角形135，146
1
分别求出φ1，3 、φ1，4代如上式，则 图6-16 两表面间的角系数
传热学-第六章3-4
第五章 对流换热 19
3）弯管的影响：当流体沿弯管流动时由于离心力的作
用，管外侧的压力大于内侧，使外测流体流向内侧， 形成二次回流。增强了边界层的扰动，加强了换热。 其h值在直管的基础上进行修正，乘上修正系数cr。
续表
由上两表得出： 1）均匀热流条件下的Nu数比均匀壁温下的Nu数大. 2）层流充分发展段的换热与Re无关，但紊流却于 Re数有关。 3）使用当量直径作为特征长度，不同截面的管道 层流充分发展段的Nu数不相等。
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。可采用下列齐德－泰特公式。
层流
湍流
无论层流还是紊流，流体在管内流动都可分为两段： 流动入口段和流动充分发展段 起始段：
l 0.065 Re d
2. 对流换热特点
当流体与管壁发生对流换热时，有热边界层形成， 热边界层厚度不断增加，直至等于管半径处。 热起始段特点： 1）层流时，hx随δt增加而下降（导热厚度大，Φ下降） 在层流向紊流过渡时， hx上升，故从加强换热的角 度看，应使流动处于紊流。 2）层流热边界层起始段长度: L 0.05 Re Pr d 湍流热边界层起始段长度: L 60
此式适用与流体与壁面具有中等以下温差场合。 气体： 水： 油：
t 500 C t 20 t 100 C 300 C
大温差情形，可采用下列任何一式计算。 （1）迪贝斯－贝尔特修正公式
0.8 Nuf 0.023 Ref Prfn ct
对气体被加热时，
Tf ct Tw
可用（5－54）式
Nu 0.023Re0.8 Pr 0.4 189.1 Nu h 6064 W / m2℃ d
传热学第六章 课后习题答案(部分)
= 236/(2 ∙ )
2.5
按照此时的物性参数算的温差∆t1 = ⁄h1 = 800 ÷ 236 = 3.386℃
h1 =
0℃时，Re2 = =
(400000⁄3600)×2.5
2
13.28×10−6
= 2.092 × 107 ≫ 5 × 105
Nu2 = 0.037 × Re2 0.8 Pr21/3 = 0.037 × (2.092 × 107 )0.8 × 0.7071/3 = 23684
= 2.239 × 1011
由表 6-10 得平板上流态为湍流，c=0.11，n=1/3
故由式 6-37 得Nu = C(Gr Pr) = 0.11 × (2.239 × 1011 × 2.99)1/3 = 962.3
则
λNu 0.659 × 962.3
=
= 1268/(2 ∙ )
0.5
这一换热设备的最大换热量为
λ2 Nu2 0.0244 × 23684
=
= 231/(2 ∙ )
2.5Байду номын сангаас
按照此时的物性参数算的温差∆t 2 = ⁄h1 = 800 ÷ 231 = 3.463℃
h2 =
由以上预算可知机翼与空气的温差在∆t1 和∆t 2之间，所以假设机翼表面的平均温
度 tw=-6.6℃，则 =
:
h=
Φ = Ah∆t = 30 × 0.5 × 0.3 × 2 × 1268 × (100 − 20) = 913160
6-57 一竖直的空心夹层宽 0.1m、高 3m，两侧壁温度分别为 20℃
及-10℃，试确定冷、热单位表面间的换热量。如果在夹层高度
传热学第六章
第六章 凝结与沸腾换热
18
7. 凝结表面的几何形状 强化凝结换热的原则是 尽量减薄粘滞在换热表 面上的液膜的厚度。 面上的液膜的厚度。 可用各种带有尖峰 的表面使在其上冷 凝的液膜拉薄， 凝的液膜拉薄，或 者使已凝结的液体 尽快从换热表面上 排泄掉。 排泄掉。
第六章 凝结与沸腾换热
19
§6-4 沸腾换热现象
4δρul
Re =
η
=
4qml
η
由热平衡 所以
h(ts tw )l = rqml
4hl(ts tw ) Re = ηr
对水平管， 对水平管，用
即可。 π r代替上式中的 l 即可。
第六章 凝结与沸腾换热 13
并且横管一般都处于层流状态
4
湍流膜状凝结换热 液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为1600。横管因 。 液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为 直径较小，实践上均在层流范围。 直径较小，实践上均在层流范围。 对湍流液膜， 对湍流液膜，除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递 热量外，层流底层之外以湍流传递为主， 热量外，层流底层之外以湍流传递为主，换热大为增强 对竖壁的湍流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热 竖壁的湍流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热 系数计算式为 计算式为： 系数计算式为：
5. 管子排数 管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。 管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。
第六章 凝结与沸腾换热
17
6. 管内冷凝 此时换热与蒸气的流速关系很大。 此时换热与蒸气的流速关系很大。 蒸气流速低时 凝结液主要在管子底部， 蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于 管子上半部。 管子上半部。 流速较高时 形成环状流动， 流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子 四周，中心为蒸气核。 四周，中心为蒸气核。
工程热力学与传热学chapter6Water vapor
0.0010432
0.0011272 0.0011767 0.0012166 0.0012862
1.6943
0.19438 0.099588 0.066662 0.039439
417.52
762.84 908.64 1008.2 1154.2
2675.14
2777.67 2798.59 2803.19 2793.64
t℃
0 5 15 25 35
p Mpa
0.0006112 0.0008725 0.0017053 0.0031687 0.0056263
v ‟ m3/kg
0.00100022 0.00100008 0.00100094 0.00100302 0.00100605
v ‟‟ m3/kg
206.154 147.048 77.910 43.362 25.22
2257.6
2014.8 1890.0 1794.9 1639.5
1.3028
2.1388 2.4471 2.6454 2.9201
7.3589
6.5859 6.3395 6.1854 5.9724
6-2 Tables and diagrams of vapor
(3).Sat-liquid and Sat-vapor mixture
s‟‟kJ/kg.K
9.1544 9.0236 8.7794 8.5560 8.3511
70
110 150 200
0.031178
0.143243 0.47571 1.55366
0.00102276
0.00105156 0.00109046 0.00115641
5.0443
1.2106 0.39286 0.12732
传热学第六章答案解析
传热学第六章答案解析第六章复习题1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。
凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。
（1）初始条件。
指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。
（2）边界条件。
所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。
（3）几何条件。
换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。
（4）物理条件。
物体的种类与物性。
2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子．3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。
答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。
6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。
答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。
7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。
这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。
8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律．9．简述数数，数，Gr Nu Pr 的物理意义．Bi Nu 数与数有什么区别？ 10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？相似原理与量纲分析6－1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200C 的空气来模拟实物中平均温度为2000C 空气的加热过程。
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第六章单相流体传热特征数关联式
6-1 管内强迫对流传热
6-2 外掠物体时的强迫对流换热
6-3 自然对流传热
6-1 管内强迫对流传热
1. 管内的流动状态
2200≤Re 层流 1022004<<Re 过渡区
104≥Re 湍流
νud
Re =采用雷诺数判断
一概述
2. 流动和换热的入口段及充分发展段
层流：湍流：
05
.0
/Pr
Re
d
l≈
60
/≤
d
l
流动入口段长度l的确定
3. 局部表面传热系数h x的变化
二、湍流换热实验关联式
1. 迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter ）关联式：⎩⎨⎧<>==)( 3.0)( 4.0 ;023.0f w f w f
8.0f f t t t t n Pr Re Nu n 适用的参数范围：
60 ; 1607.0 ; 10f 4f ≥≤≤≥d l Pr Re 式中取流体平均温度作为定性温度；取管子内径d 为特征尺度；取截面的平均流速作特征速度。
气体：
℃50<∆t 水：℃30<∆t 油：
℃10<∆t
2. 迪图斯-贝尔特关联式应用范围的扩展
（1）温差超过推荐的幅度值对于液体：主要是粘性随温度而变化。
对于气体：除了粘性，还有密度和导热系数等。
当温差超过推荐的幅度值后，流体热物性将发生变化，从而对换热产生影响。
修正方法：
n
n n Pr Pr c T T c c ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=w f t w f t w f t ，或，或ηη
（2）非圆形截面通道对于方形、椭圆形、环形等形状的截面情况，可以用当量直径作为特征尺度从而应用以上的准则方程。
P
A d c e 4 式中：A c 对为槽道的流动截面积，P 为润湿周长。
（3）对于短管（考虑入口效应）
对于较短的管子及常见的尖角入口，推荐以下的修正系数：
7
.01⎪⎭
⎫
⎝⎛+=l d C l n
l t Pr Re c c Nu f
8.0f f 023.0=考虑温度和短管修正后的迪图斯-贝尔特关联式:
（4）对于弯管的修正
由于管道弯曲改变了流体的流动方向，离心力的作用会在流体内产生如图所示的二次环流，结果增加了扰动，使对流换热得到强化。
对于气体：对于液体：
R
d c
R
77
.1
1+
=
3
3.
10
1⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
+
=
R
d c
R
三、管槽内层流换热关联式适用的参数范围：1. 齐德—泰勒（Sieder-Tate ）关联式
14
.0w f 3/1f f f )(86.1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ηηl d Pr Re Nu 8.90044.0 ;170005.0 w
f f <<<<ηηPr
2200f <Re 10)Pr (f f >l
d R
e 管子处于均匀壁温
2. 层流充分发展换热的Nu 数
层流充分发展换热的Nu 数。
)
( 66.3w f const t Nu ==)
( 36.4f const q Nu w ==对于圆管：
四、过渡区强迫对流传热
14.0w f e 3/1f f f 1)125(116.032
⎪⎪
⎭
⎫
⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=ηηl d Pr Re Nu （1）豪森关联式：
6－2 外掠物体时的强迫对流换热外部流动的强迫对流换热
主要有：横掠平壁、外掠
单管和外掠管束等情况。
t
f
t
w
一、横掠单管换热实验关联式
1. 流动的特征
流体横向绕流
单管时的流动除了
具有边界层的特征
外，还要发生绕流
脱体，而产生回流、
漩涡和涡束。
边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。
低雷诺数时，回升点反
映了绕流脱体的起点。
高雷诺数时，第一次回升是层流转变成湍流的原因，
第二次回升约在
则是由于脱体的缘故。
140 =
ϕ2. 换热的特征
3. 平均表面传热系数h 计算的关联式
3
/1Pr Re n C Nu =式中C 、n 之值见教材表6-1
定性温度取特征长度取管外径d
特征流速取来流速度()f w r t t t +
=21
∞
u
对于高温气流冲刷的管子，若壁温过高，可能发生爆管现象，在管子的那一点易发生超温？
二、外掠管束换热实验关联式
1. 流动和换热的特征
顺排叉排
管束的排列方式有顺排和叉排两种形式。
叉排中的流动扰动比顺排时要剧烈，因此换热也较强。
此外，管束的间距s 1和s 2及管排数也影响换热强度。
2. 平均表面传热系数h 计算的关联式
z p k n m C C s s C Nu ϕ)()Pr Pr (Pr Re 21m f f
m ax f ,=式中C 、m 、n 、k 、p 值见教材表6-3。
定性温度取特征长度取管外径d
特征流速取管束中最窄截面处的流速
()f w r t t t +=21对于排数少于20排的管束，需要利用管排修正系数修正。
1<z C
6-3 自然对流传热
自然对流传热：其产生原因是由于固体壁面与流体间存在温差，使流体内部温度场不均匀，导致密度场的不均匀，于是在重力场作用之下产生浮升力而促使流体发生流动，引起热量交换。
一、流体沿竖壁自然对流换热的分析
竖壁表面自然对流换热是非常典型的问题，对它的分析有助于对自然对流换热的理解。
(1) 不均匀的温度场只是
在壁面附近的薄层内。
(2) 原则上速度场与温度
场的边界层重合。
(3) 流动状态也有层流和
湍流之分。
(4) 局部表面传热系数的
变化如图所示。
二、大空间自然对流换热的实验关联式
根据自然对流所在空间的大小，其它物体是否影响自然对流边界层的形成和发展，区分有大空间自然对流和有限空间自然对流。
（1）恒壁温
n
(
Nu Pr)
Gr
C
常用的关联式：
式中C、n 之值见教材表6-6
注意：
自然对流换热的自模化（湍流时h 与特征尺度无关）。