§6-1§6-2管内受迫对流换热剖析

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Heat Transfer
建筑工程系
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2. 热边界层与换热特征分析 (5)入口段的热边界层薄,表面传热系数高。 因此,注意在选择准则方程计算时要注意该方程适用的 管长条件。
层流
湍流
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(二)管流平均温度换热平均温差 1.特征速度及定性温度
特征速度:计算Re数时用到的流速,一般多取截面平均流速。
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(1) (2) 式(1)中的h是未知量,而式(2)中的h 是作为已知的边界条件给出,此外(2)中 的 为固体导热系数而此式为流体导热系数 。
h ty
y
t
0
(
t ) h(t w t f ) h
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1.进口段与充分发展段 1>.流动进口段:从管口开始到流动状志定型之间的距离。此 时: u=f(x,r) 流动充分发展段:进口段后,流态定型,流动已得到充分发 展。此时: r=0; u/x=0,但 u/y≠0。
充分发展段的流态判断:
Heat Transfer
2>.对于换热状态 热进口段:与流动边界层相类似,自管口开始经一段距离后, 热边界层闭合,换热状态达到定型的这段距离。 热充分发展段:热进口段后,换热状态定型,已经得到充分 发展,故称为~。 热充分发展段后,因流体不断换热,流体断面平均温度tf随x 是不断变化的,但分析证明,无因次温度(tw-t)/(tw-tf)将 保持不变,即:
tw t x tw t f
0
将上述无因次温度对r求导后且令r=R时有:
tw t t t r w f
t r R tr w t f
r R
由于无因次温度不随x发生变化,仅是r的函数,故对无因次 温度求导后再令r=R,则上式显然应等于一常数。又据傅里叶 定律:q=-(t/r)r=R及牛顿冷却公式:q=h(tw-tf),上 式变为: t t t r r R h Const w tw t f r tw t f
建筑环境与设备工程专业主干课程之一 !
Heat Transfer
传热学
建筑环境与设备工程专业主干课程之一 !
§6 单相对流换热
Chapter6 The Heat Transfer of Single-phase Convection
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r R
上式表明:常物性流体在热充分发展段换热系数h保持不变。 这是热充分发展段的重要特性。
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2. 热边界层与换热特征分析 流动进口段与热进口段的长度不一定相等,这取决于Pr。 (1)当 Pr>1时,流动进口段比热进口段短。 (2)当 Pr<l 时,情形正相反。 (3)热进口段长度 L( 紊流:L/d ≈ 10-45 ): 层流:在常壁温条件下 L/d ≈ 0.05RePr ; 在常热流条件下 L/d ≈ 0.07RePr 。 (4)在Pr=1情况下,当流动达到充分发展时,换热也进入热 充分发展段。在进口处,边界层最薄,h x具有最高值,随后 降低。在层流情况下,h x趋于不变值的距离较长。在紊流情 况下,当边界层转变为紊流后,h x将有一些回升,并迅速趋 于不变值。
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这种说法不正确,因为在描述流动的能量 微分方程中,对流项含有流体速度,即要 获得流体的温度场,必须先获得其速度场 ,“流动与换热密不可分”。因此表面传 热系数必与流体速度场有关。
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1、式(1)与导热问题的第三类边界条件 式(2)有什么区别? t t ( 1 ) ( ) h(t t ) (2) h 0 h
ty
y
w
f
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0 2、由对流换热微分方程 知,该式 ty 中没有出现流速,有人因此得出结论:表 面传热系数h与流体速度场无关。试判断这 种说法的正确性? h
y
t
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§6-1 管内受迫对流换热
学习对流换热的目的:
会计算表面传热系数 h, 解决工程实际问题。
各类热力管道(热 水及蒸汽管道等)、 换热器……
Heat Transfer
一、定性分析(基本概念)
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3、对流换热边界层微分方程组是否适用于 粘性很大的油和Pr数很小的液体金属?为 什么?
Heat Transfer
解:对于粘度很大的油类,Re数很低,速度边界 u 层厚度与x为同一数量级,因而动量微分方程中 x 与 u 为同一量级,不可忽略,且此时由于δx~x y 速度u和v为同一量级,y方向的动量微分方程不能 忽略。 对于液态金属,Pr很小,速度边界层厚度与温度边 界层厚度相比,速度边界层厚度远远小于温度边界 t 厚度,在边界层内 t t ,因而能量方程中 x 不 x y 可忽略。 因此,对流换热边界层微分方程组不适用于粘度大 的油和Pr数很小的液态金属。
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