第6章-单相流体对流换热

公式（4）用于气体或液体时，表达式可进 一步简化如下：
对气体
Nu f
0.0214(Re0f.8
100)
Pr
0.4 f
1
d l
2
3
Tf Tw
0.45
范围为：
0.6 Prf 1.5
0.5 Tf 1.5 Tw
2300 Ref 106
对液体
Nu f
0.012(Re0f.87
式中： 长。
为A槽c 道的流动截面积；P 为湿周
注：对截面上出现尖角的流动区域，采用 当量直径的方法会导致较大的误差。
以上所有方程仅适用于 体。
Pr的气0.体6 或液
对 数Pr很小的液态金属，换热规律完全 不同。
推荐光滑圆管内充分发展湍流换热的准 则式：
均匀热流边界
Nu f 4.82 0.0185Pe0f.827
4 牛顿冷却公式中的平均温差
对恒热流条件，可取 (tw作- t为f ) 。 Δtm 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：
hm AΔt m = qmc p (t f - t f )
式中，q
为质量流量；
m
tf分、别tf 为出口、进口截面上的平均温度；
Δt m 按对数平均温差计算：
（2）采用齐德－泰特公式：
Nu f
0.027 Re0f.8
Pr1f / 3
f
w
0.14
定性温度为流体平均温度 t（f 按w 壁温 t确w
定），管内径为特征长度。
实验验证范围为：
l / d 60,
Prf 0.7～16700, Re f 104。
（3）采用米海耶夫公式：
Nu f
0.021Re0f.8
因此，在大温差情况下计算换热时准则式右边要乘
以物性修正项Ct。对于液体乘以 f
n
w
，液体加
热n=0.11,液体冷却n=0.25(物性量的下标表示在什么
温度下取值)；气体
0.55
Tf Tw
对于温差超过以上推荐幅度的情形，可采用
下列任何一式计算。
（1）温度修正公式
m
对液体
ct
f w
液体受热时 m 0.11
源自文库
Pr
0.43 f
Prf Prw
0.25
定性温度为流体平均温度 tf，管内径为特征 长度。
实验验证范围为： l / d 50，
Prf 0.6～700,
Re f 104 ~ 1.75106。
（4）采用格尼林斯基公式：
Nu f
=
1
( f 8 )(Re + 12.7 f
- 1000)Prf 8 (Prf 2 3 -
第六章 单相流体对流传热特征数关联式 §6-1 管内强迫对流传热
• 一 基本概念
• 1 、 流动边界层的形成与发展
• 流体进入管口后，开始形成边界层，并随流向 逐渐增厚。在稳态下，管中心流速将随边界层 的增厚而增加，经过一段距离，管壁两侧的边 界层将在管中心汇合，厚度等于管半径，同时 管断面流速分布和流动状态达到定型，这一段 距离通称流动进口段。之后，流态定型，流动 达到充分发展，称为流动充分发展段。
tm
tf tf
ln ttww
tf tf
二. 管内湍流换热实验关联式
实用上使用最广的是迪贝斯－贝尔特公式：
Nu f 0.023Re0f.8 Prfn CtClCR
加热流体时 n ，0.4 冷却流体时 n 。0.3
式中: 定性温度采用流体平均温度 长度为管内径。
tf，特征
使用范围：
Ref 104～1.2105,
•
其中层流区： Re=2200-104
R；e<紊R流ec区=：22R0e0>1；0
过渡区：
4
• 2 、换热特征
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 50
层流
湍流
3 特征速度及定性温度的确定
特征速度：计算Re数时用到的流速，一般多取截 面平均流速。 定性温度：计算物性的定性温度多为截面上流体 的平均温度（或进出口截面平均温度）。
液体被冷却时 m = 0.25
0.55
对气体被加热时， ct
Tf Tw
当气体被冷却时， ct 1。
（2）管长修正
当管子的长径比l/d<50时，属于短管内流动换热， 进口段的影响不能忽视。此时亦应在按照长管计算 出结果的基础上乘以相应的修正系数 ，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，
280)
Pr
0.4 f
1
d l
2
3
Prf Prw
0.11
范围为： 1.5 Prf 500
0.05 Prf 20 Prw
2300 Re f 106
上述准则方程的应用范围可进一步扩大。
（1）非圆形截面槽道
用当量直径作为特征尺度应用到上述准 则方程中去。
de
4 Ac P
Prf 0.7～120,
l / d 50。
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 (f /w)n或（Prf / Prw)n 来考虑不均匀物性场对换热的影响。
在换热条件下，由于管 中心和靠近管壁的流体 温度不同，因而管中心 和管壁处的流体物性也 会存在差异。特别是粘 度的不同将导致有温差 时的速度场与等温流动 时有差别。
1)
1
+
d
l
ct
对液体 ct
=
Prf Prw
0.11
Prf
Prw
0.05
~
20
对气体
ct
=
Tf
Tw
0.45
Tf
Tw
0.5
~
1.5
l为管长;
f为管内湍流流动的达尔西阻力系数：
f (1.82 lg Re1.64)2
范围为：
Re f 2300 ~ 106 Prf 0.6 ~ 105
温差修正
当流体与管壁之间的温差较大时，因管截面上流体温 度变化比较大，流体的物性受温度的影响会发生改变， 尤其是流体黏性随温度的变化导致管截面上流体速度 的分布也发生改变，进而影响流体与管壁之间的热量 传递和交换。
液体被加热或气体被冷却 液体被冷却或气体被加热
恒定温度的情况
管内流动温度对速度分布的影响示意图
均匀热流边界实验验证范围：
有以下入口效应修正系数：
cl
1
d l
0.7
（3）弯曲修正
弯曲的管道中流动的流体，在弯曲处由于
离心力的作用会形成垂直于流动方向的二
次流动，从而加强流体的扰动，带来换热
的增强。螺线管强化了换热。对此有螺线
管修正系数：
对于气体
cr
110.3
d R
3
对于液体
d cr 11.77 R
弯曲管道流动情况 示意图