哈工大传热学 第6章对流换热15-17分解
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传热学第六章课件
ε t ： 温差修正系数；
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。
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。
《传热学对流换热》PPT课件
✓ 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面 处会形成速度梯度很大的边界层对流换热的机理与通 过紧靠换热面的薄膜层的热传导有关。
对流传热过程分类
传热学 / 对流换热
传热学 / 对流换热
6-0 有关概念
传热学 / 对流换热 一、实际流体的粘性和运动状态 〔一〕实际流体的粘性 1、粘性 是指流体流动时流体内部产生内摩擦力的性质。 表达流体内摩擦力及粘性作用的实验
度〔流动〕边界层。
• 理想流体：在速度边界层外，速度梯度等于零，粘性力 等于零。这样的流体称为理想流体。
传热学 / 对流换热
〔二〕热边界层〔温度边界层〕
1、热边界层的形成原因 流体流过壁面时，如果流体与壁面之间存在温差而进
展对流换热，沿壁面法线方向流体的温度从壁面温度变到 主流温度。
近壁流体中温度梯度的存在，说明流体与壁面之间有 热量的传递〔导热〕。
2、层流和湍流
传热学 / 对流换热
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线。 特点：流体具有明显分层流动现象，相邻两层之间不存
在流体微团的混杂，而只有分子间的相互交换。
湍流〔紊流〕：流体质点做复杂无规那么的运动。 特点：流体在流动的垂直方向上出现明显而不规那么的
混杂现象。
传热学 / 对流换热
3、临界速度 u c
Re的值界于上、下临界雷诺数之间时，流体处于层 流到湍流的过渡状态，这一区域称为过渡区。
传热学 / 对流换热
5、层流底层〔贴壁流体层〕 流体在做湍流运动时，在管壁附近形成一 层流速很低的极薄的层流，称为层流底层。
层流底层的厚度随着流速的增加〔即Re增加〕 而减薄。
湍流核心
层流底层
传热学 / 对流换热
〔2〕层流状态时，以导热为主， dt/dy较大，对流换热较 弱；〔有热边界层和层流速度边界层〕
对流传热过程分类
传热学 / 对流换热
传热学 / 对流换热
6-0 有关概念
传热学 / 对流换热 一、实际流体的粘性和运动状态 〔一〕实际流体的粘性 1、粘性 是指流体流动时流体内部产生内摩擦力的性质。 表达流体内摩擦力及粘性作用的实验
度〔流动〕边界层。
• 理想流体：在速度边界层外，速度梯度等于零，粘性力 等于零。这样的流体称为理想流体。
传热学 / 对流换热
〔二〕热边界层〔温度边界层〕
1、热边界层的形成原因 流体流过壁面时，如果流体与壁面之间存在温差而进
展对流换热，沿壁面法线方向流体的温度从壁面温度变到 主流温度。
近壁流体中温度梯度的存在，说明流体与壁面之间有 热量的传递〔导热〕。
2、层流和湍流
传热学 / 对流换热
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线。 特点：流体具有明显分层流动现象，相邻两层之间不存
在流体微团的混杂，而只有分子间的相互交换。
湍流〔紊流〕：流体质点做复杂无规那么的运动。 特点：流体在流动的垂直方向上出现明显而不规那么的
混杂现象。
传热学 / 对流换热
3、临界速度 u c
Re的值界于上、下临界雷诺数之间时，流体处于层 流到湍流的过渡状态，这一区域称为过渡区。
传热学 / 对流换热
5、层流底层〔贴壁流体层〕 流体在做湍流运动时，在管壁附近形成一 层流速很低的极薄的层流，称为层流底层。
层流底层的厚度随着流速的增加〔即Re增加〕 而减薄。
湍流核心
层流底层
传热学 / 对流换热
〔2〕层流状态时，以导热为主， dt/dy较大，对流换热较 弱；〔有热边界层和层流速度边界层〕
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。
传热学第六章对流换热
6个未知量:：速度 u、v、w；温度 t；压力 p；对流 换热系数h
6个方程:换热微分方程式、能量微分方程、x、y、z 三个方向动量微分方程、连续性微分方程
1 能量微分方程 微元体的能量守恒： ——描述流体温度场 假设：（1）流体的热物性均为常量，流体不做功 （2）无化学反应等内热源 由导热进入微元体的热量Q1 +由对流进入微元 体的热量Q2 = 微元体中流体的焓增H
2t 2t 2t 微元体导热热量：Q1 x 2 y 2 z 2 dxdydzd
微元体对流换热收支情况：
在d时间内， 由 x处的截面热对流进入微元体的热量为
' Qx c tudydzd
在d时间内， 由 x dx处的截面热对流流出微元体的热量为
由连续性方程知此项为0
t t t Q2 c u v w dxdydzd x y z
在d时间内， 微元体中流体 温度改变了（t / ） d , 其焓增为
t H c dxdydzd
能量微分方程
t t t t 2t 2t 2t u v w 2＋ 2 2 x y z c x y z
boundary layer）
由于粘性作用，流体流速在靠近壁面 处随离壁面的距离的减小而逐渐降低； 在贴壁处被滞止，处于无滑移状态。
流场可以划分为两个区：边界层区与主流区 边界层区：流体的粘性作用起主导作用
主流区：速度梯度为0，τ=0；可视为无粘性理想流体
u , 牛顿粘性定律 y
2）热边界层（Thermal boundary layer） 热边界层：当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的 温度边界层 热边界层厚度t （温度边 界层）：过余温度（t -tw ） 为来流过余温度（tf - tw ） 的99％处定义为t的外边 界
传热学第六章
定性温度： Prw的定性温度为tw，其它物性的定性温度为t.。 式中C和.m的数值列于下表。
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
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
传热学对流换热6-40页精品文档
3. Turbulent boundary layer
Fluid motion is highly irregular and is characterized by velocity fluctuations. These fluctuations enhance the transfer of momentum, energy, and hence increase surface friction as well as convention transfer rate. Fluid mixing resulting from the fluctuations make turbulent boundary layer thicknesses larger. Three different regions may be delineated. There is laminar sublayer in which transport is dominated by diffusion and the velocity profile is nearly linear. There is an adjoining buffer layer in which diffusion and turbulent mixing are comparable, and there a turbulent zone in which transport is dominated by turbulent mixing.
v
u
u
Turbulent region
x xc
Laminar
Transition
Turbulent
Buffer layer Laminar Sublayer
Fluid motion is highly irregular and is characterized by velocity fluctuations. These fluctuations enhance the transfer of momentum, energy, and hence increase surface friction as well as convention transfer rate. Fluid mixing resulting from the fluctuations make turbulent boundary layer thicknesses larger. Three different regions may be delineated. There is laminar sublayer in which transport is dominated by diffusion and the velocity profile is nearly linear. There is an adjoining buffer layer in which diffusion and turbulent mixing are comparable, and there a turbulent zone in which transport is dominated by turbulent mixing.
v
u
u
Turbulent region
x xc
Laminar
Transition
Turbulent
Buffer layer Laminar Sublayer
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
传热学第六章单相流体对流传热特征数关联式
传热学 Heat Transfer 3. 局部表面传热系数 hx 的变化
传热学 Heat Transfer
二、管槽内湍流换热实验关联式
1. 迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：
Nuf 0.023Ref0.8Prfn ;
适用的参数范围：
0.4 n 0.3
(tw tf ) (tw tf )
传热学 Heat Transfer
二、横掠单管（柱）对流换热实验关联式
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。
传热学 Heat Transfer 2. 换热的特征
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。
0.14
(Ref
Prf
d l
)1/
3
f w
2
传热学 Heat Transfer 2. 层流充分发展换热的 Nu 数
对于圆管：
Nuf 3.66 (tw const) Nuf 4.36 ( qw const)
传热学 Heat Transfer
例题：在一冷凝器中，冷却水以1m/s的流速流过内径为 10mm、长度为3m的铜管，冷却水的进、出口温度分别 为15℃和65℃，试计算管内的表面传热系数。
tf
tw
传热学 Heat Transfer
一、纵掠平壁换热实验关联式 （以层流为例）
局部对流传热系数关联式
Nux
0.332
Re
1/ x
2
Pr1/ 3
平均对流传热系数关联式
Nu 0.664 Re1/2 Pr1/3
适用范围
传热学-第六章
4 b 沸腾换热：指工质通过气泡运动带走热量，并使其 冷却的一种传热方式
3 分类：沸腾的分类很多，书中仅介绍了常见的大容器
沸腾(池内沸腾)和强制对流沸腾，每种又分为 过冷沸腾和饱和沸腾。
a 大容器沸腾(池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面的
液体中所发生的沸腾；
加热表面
b 强制对流沸腾：强制对流＋沸腾
Thermal boundary layers
u(y)
Velocity boundary layers
u
x
v y
0
l (u
u x
v
u y
)
dp dx
l g
l
2u y 2
u
t x
v
t y
al
2t y 2
下脚标 l 表示液相
对应于p.141页(5-14)，(5-15)，(5-16)
考虑（3）液膜的惯性力忽略
了热量传递。
珠状凝结
105 W /(m2 K )
当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面 上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸 汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结 （可能大几倍，甚至一个数量级）
tw ts
g
虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝 结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大多属 于膜状凝结，因此，教材中只简单介绍了膜状凝结
q
Re l r g(l v )
Prl
C pll l
g — 重力加速度 l —饱和液体的动力粘度 Cwl — 取决于加热表面－液体
组合情况的经验常数(表6) q — 沸腾传热的热流密度
s — 经验指数，水s = 1,否则，s=1.7
3 分类：沸腾的分类很多，书中仅介绍了常见的大容器
沸腾(池内沸腾)和强制对流沸腾，每种又分为 过冷沸腾和饱和沸腾。
a 大容器沸腾(池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面的
液体中所发生的沸腾；
加热表面
b 强制对流沸腾：强制对流＋沸腾
Thermal boundary layers
u(y)
Velocity boundary layers
u
x
v y
0
l (u
u x
v
u y
)
dp dx
l g
l
2u y 2
u
t x
v
t y
al
2t y 2
下脚标 l 表示液相
对应于p.141页(5-14)，(5-15)，(5-16)
考虑（3）液膜的惯性力忽略
了热量传递。
珠状凝结
105 W /(m2 K )
当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面 上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸 汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结 （可能大几倍，甚至一个数量级）
tw ts
g
虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝 结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大多属 于膜状凝结，因此，教材中只简单介绍了膜状凝结
q
Re l r g(l v )
Prl
C pll l
g — 重力加速度 l —饱和液体的动力粘度 Cwl — 取决于加热表面－液体
组合情况的经验常数(表6) q — 沸腾传热的热流密度
s — 经验指数，水s = 1,否则，s=1.7
传热学讲义对流换热——第六章
第六章 单相流体对流换热及准则关联式第一节 管内受迫对流换热本章重点：准确掌握准则方程式的适用条件和定性温度、定型尺寸的确定。
1-1 一般分析),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ=流体受迫在管内对流换热时，还应考虑以下因素的影响：① 进口段与充分发展段，② 平均流速与平均温度，③ 物性场的不均匀性，④ 管子的几何特征。
一、进口段与充分发展段1．流体在管内流动的主要特征是，流动存在着两个明显的流动区段，即流动进口（或发展）段和流动充分发展段，如图所示。
（1）从管子进口到边界层汇合处的这段管长内的流动称为管内流动进口段。
（2）进入定型流动的区域称为流动充分发展段。
在流动充分发展段，流体的径向速度分量v 为零，且轴向速度u 不再沿轴向变化，即：0=∂∂xu， 0=v 2．管内的流态（1）如果边界层在管中心处汇合时流体流动仍然保持层流，那么进入充分发展区后也就继续保持层流流动状态，从而构成流体管内层流流动过程。
2300Re <用νdu m =Re 判断流态, 式中 m u 为管内流体的截面平均流速， d 为管子的内直径，ν为流体的运动黏度。
（2）如果边界层在管中心处汇合时流体已经从层流流动完全转变为紊流流动，那么进入充分发展区后就会维持紊流流动状态，从而构成流体管内紊流流动过程。
410Re >（3）如果边界层汇合时正处于流动从层流向紊流过渡的区域，那么其后的流动就会是过渡性的不稳定的流动，称为流体管内过渡流动过程。
410Re 2300<<3．热进口段和热充分发展段当流体温度和管壁温度不同时，在管子的进口区域同时也有热边界层在发展，随着流体向管内深入，热边界层最后也会在管中心汇合，从而进入热充分发展的流动换热区域，在热边界层汇合之前也就必然存在热进口区段。
随着流动从层流变为紊流， 热边界层亦有层流和紊流热边界层之分。
热充分发展段的特征对常物性流体，在常热流和常壁温边界条件下，热充分发展段的特征是：)(1x f t f =及)(2x f t w =与管内任意点的温度),(r x f t =组成的无量纲温度⎪⎪⎭⎫⎝⎛--x f x w w t t t t ,,x ,随管长保持不变，即： 0,,x ,=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--∂∂x f x w w t t t t x 式中，t —管内任意点的温度，),(r x f t = ⇒xf x w w t t tt ,,x ,--仅是r 的函数。
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换 （1）确定计算核准量，例如：Q、M、tfo 等
热 系 数
（2）确定核准量与的tfo相关关系 （3）按两种不同的途径计算核准量，分别得到H1和H2
计 （4）判断H1与H2，的大小关系
算 方 法
（5）如果：不相等，则根据tfo与核准量的相关关系 增大或减小tfo，重复回到步骤（3）
（6）如果：H1=H2，则所有数值正确，退出迭代
*** ***
第15讲 管内强迫对流分析
1
（1）进口段与充分发展段
本 （2）断面平均流速与平均温度
讲
内 容
（3）管长方向的力平衡与热平衡方程
（4）常热流与定壁温条件的管长温度变化规律 以及管长平均温度
第16讲 对流换热公式概论
（1）外掠平板公式总结
本 （2）管内强迫对流换热公式 讲 内 容 （3）外掠圆管对流换热公式
Nu
C
Ren
Pr
m
Prf Pr w
0.25
S S//
p
z
管 P165——（6-14）及表6-2、表6-3
对 定型尺寸、定性温度、特征速度的规定
流 适用范围：Pr、Re
公
式 一般规律：（1）叉排优于顺排，尾部漩涡的影响
（2）后排优于前排，20排的极限
（3）横掠优于纵掠
（4）不适用于肋片管管束
（4）由（ tfo1， H11 ）和（ tfo2， H12 ）确定直线函数1 （5）由（ tfo1， H21 ）和（ tfo2， H22 ）确定直线函数2
（6）两条直线的交点温度即为正确出口温度
第16讲 对流换热公式概论
本 讲 小 结
6
思考题
• 1.对流换热是如何分类的? 影响对流换热的主要物理因素. • 2.对流换热问题的数学描写中包括那些方程? • 3.自然对流和强制对流在数学方程的描述上有何本质区别? • 4.从流体的温度场分布可以求出对流换热系数(表面传热系 数),
对 流 公 式
（3）注意准则关联式的适用范围（条件） ——Re、Pr、Gr、Ra、Gr/Re2 等的范围 ——温差的范围 ——入口段的限值
——边界条件的限值
（4）特别注意准则关联式的诸多修正
第16讲 对流换热公式概论
3
（4）特别注意准则关联式的诸多修正
A、加热与冷却的不同
管 内
B、物性不均的修正：
（4）了解对流换热系数的计算方法
1
第16讲 对流换热公式概论
2
（1）转捩点的判断 Re u x 5105
外 掠 平
（2）层流边界层段公式（常壁温） P119的公式（5-15）以及公式（5-16） 对于平均值，也有2倍公式（5-17）
板 （3）紊流边界层段公式（常壁温）
公 P133的公式（5-41）以及公式（5-42）
其物理机理和数学方法是什么? • 5.速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义. • 6.管外流和管内流的速度边界层有何区别? • 7.为什么说层流对流换热系数基本取决与速度边界层的厚度? • 8.从边界层积分方程的应用结果来说明. • 9.为什么温度边界层厚度取决与速度边界层的厚度? • 10.对十分长的管路, 为什么在定性上可以判断管路内层流对
Nu 0.023Re0.8 Pr0.4
管 内
h
u 0.8
,
0.8
,
0.6
,
c 0.4 p
,
0.4
,
d 0.2
对 （6）从Colburm类比公式看对流换热的影响因素流公 式h2
Pr 3
f
cum
8
f
0.3164 Re0.25
100 Re
0.25
h
u0.75 ,
, 0.75
f w
Prf Prw
Tf Tw
对 C、入口段的修正： d
流
L
公 式
D、离心的修正：螺旋管
R
d R
E、非圆管道的修正：水力直径与形状修正系数
F、管束排数的修正：外掠圆管
G、其它公式声明的修正
第16讲 对流换热公式概论
3
（1）层流公式 P159——（6-9a）（6-9b）（6-10a）（6-10b）
式 对于平均值，有公式（5-43）
（4）定型尺寸：全板长（或距起点距离）t
定性温度： （常壁温）
tm
特征速度：主流速度
f
2
tw
第16讲 对流换热公式概论
3
（1）注意公式计算的是局部值还是平均值 ——大部分为全管长的平均值
管 （2）特别注意准则关联式对以下三个量的规定
内
——定型尺寸、定性温度、特征速度
0.667
,
c 0.333 p
,
, d 0.417 0.25
结论：规律一致！
第16讲 对流换热公式概论
4
（1）局部对流换热系数的规律
外 转捩点与脱体点（分离点：80o—140o之间）
掠 圆
（2）外掠单管换热公式
管 对 流 公
Nu f
Prf0.37
Prf Prw
0.25
C Renf
式
P164——（6-13）及表6-1
第16讲 对流换热公式概论
5
当定性温度不确定时，交点法（P166，例6-6）：
换 （1）确定计算核准量，例如：Q、M、tfo 等
热 系 数 计 算
（2）设定tfo1，按两种不同的途径计算核准量，分别得到 H11和H21 （3）设定tfo2，按两种不同的途径计算核准量，分别得到 H12和H22
方 法
定型尺寸、定性温度、特征速度的规定 适用范围：Pr、Re
第16讲 对流换热公式概论
4
（1）管束的几何特征表述
外 A、排列方式：叉排与顺排 掠 B、外掠方式：横掠、纵掠、斜掠
圆 管
C、几何尺寸：排数N，直径d，两个间距：S1、S2
对
流
公
式
第16讲 对流换热公式概论
4
（2）外掠光管管束换热公式
外 掠 圆
第6章 单相流体对流换热
哈尔滨工业大学 张承虎 2013 / 05 / 06
内容安排
• 作业：P180-184 • 题号：1、17、19、27、37、38、44、52 •
内容安排
• 共3讲，6~7学时 • 第15讲 管内强迫对流分析
内
*** ***
容 安
• 第16讲 对流换热公式
排
*****
• 第17讲 自然对流
第16讲 对流换热公式概论
5
（1）确定定性温度、定型尺寸、特征速度
换 （2）确定物性参数
热 （3）判别流态：Re、Gr
系 数
（4）选择公式及修正
计 （5）计算Nu数，进而得到 h
算
方
法 当定性温度不确定时，可以采取迭代法或者交点法
第16讲 对流换热公式概论
5
当定性温度不确定时，迭代法（P156，例6-2）：
管 （2）过渡流公式
内 对
P154——（6-6a）（6-6b）
流 （3）紊流光滑管公式
公 式
P153——（6-4a）（6-4b）（6-5） 关于水力直径的应用条件——紊流越强烈，越准确
（4）粗糙管 P161——（6-11）（6-12）或布拉修斯公式
第16讲 对流换热公式概论
3
（5）从Dittus-Boelter公式看对流换热的影响因素