对流传热系数的经验关联式(优质参照)

Pr n
流体被加热，n= 0.4 流体被冷却，n= 0.3
l / d 60避开传热进口段，保证稳态传热。
优质教资
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b) 粘度较大流体
Nu 0.027Re0.8Pr0.33( / w)0.14
0.027 ( du )0.8 ( c p )0.33 ( )0.14
d
w
近似取：流体被加热：( w )0.14 1.05
CP ，
： ，Re ，
（4）传热面的形状、位置和大小 壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等，
造成边界层分离，增加湍动，使α增大。
优质教资
4
（5）相变化的影响
有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾，
无相变传热：强制对流、自然对流，
一般地，有相变时表面传热系数较大。
例：水强制对流，：250 优1质0教0资00 W / m2 K
无相变：
f
(u,
l
,
gt
优质教资
,
,
,
,
C
p
)
6
（b）构造函数形式；
Kualbcd ecp f (gt)h
（c）列出量纲指数的线性方程组（M、L、T、）；
（d）规定已知量（指数）， 确定余下指数表达式；
（e）整理特征数方程形式。
l
K
(
lu
)a
(
cP
)b
(
l
3
2 gt 2
)c
或：Nu KReaPrbGrc
l
w
适用条件： Re 2300 0.6 Pr 6700 Re Pr d / l 10
定性温度：tm=(t1+t2)/2 ； 特征尺寸：管内径d。
f
1 d
0.7
1
d) 圆形弯管内的强制对流 l
特点：离心力使径向压力不均，产生二次环流；
结果：流体湍动程度增加，使α增加； 同时，流动阻力损失增加。
R
d
f (1 1.77 d ) 优质教资 R
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弯管内流体的流动
e) 圆形直管内过渡流时对流传热系数
过渡流：2300 Re 10000
圆管内：特性尺寸取管内径；
非圆管内：特性尺寸取当量直径，de’=4流动截面积/传热周边
（3）注意公式的应用条件。优质教资
11
3.4.3 无相变化的对流传热
（1）管内强制对流传热
一般关系式：Nu K Re a Pr b
流动状态不同，则 K、a、b 值不同
传热流动状态划分（区别于流体流动时规律 ）
优质教资
7
（2）特征数的物理意义
① 努赛尔数l
Nu
l
1
导热热阻 对流传热热阻
l：特征尺寸，平板—— 流动方向的板长；
管 —— 管径或当量直径；
来自百度文库
说明： ▲ 反映对流传热的强弱，包含对流传热系数；
②
雷诺数
Re
du
u 2 u
惯性力 粘滞力
d 优质教资
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说明： 反映流动状态对 α 的影响。
③ 普朗特数
Re b ：表示自然对流的雷诺 数.
说明： 反映自然对流的强弱程度。
Gr / Re2 0.1
自然对流
Nu f (Gr , Pr )
Gr / Re2 10
0.1 Gr / Re2 10
强制对流
优质教资
混合对流
Nu f (Re , Pr )
10
Nu f (Re , Gr,Pr )
应用准数关系式应注意的问题
层流：Re 2300 湍流：Re 10000
过渡流：2300 Re 10000
优质教资
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① 流体在圆形直管内强制湍流的对流传热系数 a) 低粘度流体
优质教资
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适用条件：
l / d 60 Re 10000 0.7 Pr 120 2103 Pa s
定性温度：tm=(t1+t2)/2 特征尺寸：管内径d0 说明： Re 10000 保证流体达到传热湍流；
（1）定性温度
定性温度：决定准数中各物性的温度。
流体的平均温度t=(t1+t2)/2为定性温度； 壁面的平均温度tw为定性温度；
流体和壁面的平均温度（称为膜温）tm=(t+tw)/2为定性温度。 工程上大多以流体的平均温度t=(t1+t2)/2为定性温度。 （2）特性尺寸
特性尺寸：量纲为1的数群Nu，Re等中所包含的传热面尺寸。
5
蒸汽冷凝，：5000 15000 W / m2K
❖ 对流传热系数分析方法 ① 解析法 ② 数学模型法 ③ 量纲分析法 ④ 实验法
3.4.2 无相变化时对流传热过程的量纲分析
（1）量纲分析过程
① 优点：减少实验次数；
② 依据：物理方程各项量纲一致；
③ 步骤：：
（a）通过理论分析和实验观察，确定相关因素；
第3章传热
3.4 对流传热系数的 经验关联式
3.4.1 影响对流传热系数的因素 3.4.2 无相变化时对流传热过程的量纲 分析 3.4.3 无相变化的对流传热 3.4.4 有相变化的对流传热
优质教资
1
3.4.1 影响对流传热系数的因素
❖ 流动形态 ❖ 流体流动原因 ❖ 流体物理性质 ❖ 传热面形状、位置和大小 ❖ 相变化
计算：采用湍流公式，但需加以校正。
6 105
f 1.0
1
Re 0.8
说明：设计换热器时，一般避免过渡流。
f) 圆形直管内强制层流
特点：1）传热进口段的管长所占比例较大；
2）热流方向不同，也会影响；
3）自然对流的影响，有时不可忽略。
优质教资
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当 Gr 2.510 4
Nu 1.86(Re Pr d )1/ 3 ( )0.14
流体被冷却：( w )0.14 0.95
适用条件： Re 10000
0.7 Pr 167 00
定性温度：tm=(t1+t2)/2
特征尺寸：管内径d0
优质教资
l / d 60
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c) 流体流过短管（l/d<50）
影响：处于传热进口段，表面传热系数较大。
计算：采用以上各式计算α，并加以校正。
优质教资
2
（1）流体流动状态
湍动程度 ，层流内层厚度减薄， ' , ,
代价：动力消耗↑。
（2）流体流动原因
强制对流：外部机械作功，
一般流速较大， α也较大。
自然对流：由流体密度差造成的循环过程,
一般流优质速教资较小， α也较小。
3
（3）流体的物理性质
： , , ： , Re , , CP：CP 单位体积流体的热容量 ，kJ / m3C.
Pr
CP
/
v a
(运动粘度)动量扩散系数 (导温系数)热扩散系数
Cp
说明：▲ 反映流体物性对传热的影响
使用时注意： * 查取定性温度下的物性； * 计算所用单位，SI制。
优质教资
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④ 格拉斯霍夫数（浮升力特征数）
Gr
gtl3 2 2
(lub )2
Re
2 b
gt：单位体积流体浮力变 化,
：体积膨胀系数，1/ C ,