自然对流换热的分类
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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。
❖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？
H 11 ~ 42
Nu
0.073Gr
Pr 1
3
H
1
9
适用范围： Gr 2.9105 ~ 1.6107
H 11 ~ 42
（6-46a） （6-46b）
（2）水平空气夹层（常壁温）
Nu 0.212Gr Pr1 4
适用范围： Gr 1104 ~ 4.6 105
•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
Nu 0.061Gr Pr 1 3
适用范围： Gr 4.6105
与 H 无关
•自学：例题6-6~6-8
（6-47a） （6-47b）
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；
tw
2
t
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
使用范围：Gr 决定量见表6-10
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 H GrH1 4
（6-38）
限制d不能相对太细， 否则边界层与直径相比不能忽视！
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 （1）大空间自然对流换热（底部封闭：a H 0.28 底部开口：b H 0.01 （2）有限空间自然对流换热 如图6-15
（2）液体换热温差大时，用式
Nu C Gr Prnψ
2、给定常热流密度q
物性修正因子
tw 未知 → t 未知
引入新的准则数
Gr
GrNu
g ql4 ν2
准则方程 Nu B Gr Pr m
（6-44） （6-43）
（1）平板的B、m见表 （6-11）
（2）对于竖壁（层流局部值关联式）
§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：
n
Num C(Gr Pr)m
式中 C、n查表（6-10）
（6-37）
Gr
gV tl2
νu0
u0 ν
gV tl
ν2
3
——格拉晓夫准则
（6-34）
——体积膨胀系数（ K 1）， 理想气体有 1
T
定性温度：tm
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?
m
这里： Gr
gt 3
ν2
Nu h
特征长度：
定性温度：
，
tm
tw1
tw2 2
1
273 tm
t tw1 tw2
2、实验关联式
（1）竖空气夹层（常壁温）
Nu
0.197 Gr
Pr 1
4
H
1 9
Gr 8.6103 ~ 2.9105 适用范围：
2、流体外掠球体的换热实验关联式
（6-30）
3、横掠管束换热实验关联式
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
Nux 0.6 Grx Pr 1 5
（5-84）
使用范围：105 Grx 1011
∵ tw 未知，试算（迭代）：
设
tw0
Gr* Nu
h
t q h
t
1
w
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
Nu
c Gr
Pr n
Leabharlann Baidu
H
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。
❖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？
H 11 ~ 42
Nu
0.073Gr
Pr 1
3
H
1
9
适用范围： Gr 2.9105 ~ 1.6107
H 11 ~ 42
（6-46a） （6-46b）
（2）水平空气夹层（常壁温）
Nu 0.212Gr Pr1 4
适用范围： Gr 1104 ~ 4.6 105
•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
Nu 0.061Gr Pr 1 3
适用范围： Gr 4.6105
与 H 无关
•自学：例题6-6~6-8
（6-47a） （6-47b）
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；
tw
2
t
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
使用范围：Gr 决定量见表6-10
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 H GrH1 4
（6-38）
限制d不能相对太细， 否则边界层与直径相比不能忽视！
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 （1）大空间自然对流换热（底部封闭：a H 0.28 底部开口：b H 0.01 （2）有限空间自然对流换热 如图6-15
（2）液体换热温差大时，用式
Nu C Gr Prnψ
2、给定常热流密度q
物性修正因子
tw 未知 → t 未知
引入新的准则数
Gr
GrNu
g ql4 ν2
准则方程 Nu B Gr Pr m
（6-44） （6-43）
（1）平板的B、m见表 （6-11）
（2）对于竖壁（层流局部值关联式）
§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：
n
Num C(Gr Pr)m
式中 C、n查表（6-10）
（6-37）
Gr
gV tl2
νu0
u0 ν
gV tl
ν2
3
——格拉晓夫准则
（6-34）
——体积膨胀系数（ K 1）， 理想气体有 1
T
定性温度：tm
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?
m
这里： Gr
gt 3
ν2
Nu h
特征长度：
定性温度：
，
tm
tw1
tw2 2
1
273 tm
t tw1 tw2
2、实验关联式
（1）竖空气夹层（常壁温）
Nu
0.197 Gr
Pr 1
4
H
1 9
Gr 8.6103 ~ 2.9105 适用范围：
2、流体外掠球体的换热实验关联式
（6-30）
3、横掠管束换热实验关联式
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
Nux 0.6 Grx Pr 1 5
（5-84）
使用范围：105 Grx 1011
∵ tw 未知，试算（迭代）：
设
tw0
Gr* Nu
h
t q h
t
1
w
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
Nu
c Gr
Pr n
Leabharlann Baidu
H