华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 第五章对流换热计算 §51管(槽)内流体受迫对流换热计算 §5-2流体外掠物体的对流换热计算 §5-3自然对流换热计算 §5-4液体沸腾换热计算 §55蒸汽凝结换热计算 20033-2
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power §5-1管(槽)内流体受迫对流换热计算 管檀)内流动换热的特点 流体在管内流动属于内部流动过程,其主要 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)区段和流动充分发展 区段 Velocity boundary layer Velocity profile Hy drodynamic entry region Hydrody namically developed region 20033-2
!"#$%&' ()$* +,-./01$ 2345678901:;<78 01
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power Velocity boundary layer velocity profile Hydrodynamic entry region Hydrody namically developed region 进口区:流动和热边界层从零开始增长,直到 汇合至管子中心线。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区 充分发展区:边界层汇合于管子中心线以后的 区域,即进入定型流动的区域。 20033-2
340=: >?@ABCDEF$GH IJKLMNOPL34H>?@IJQ R1FST340 ;?@IJ LMNOUV 0W$23XYZ0WP
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 入口段热边界层较薄,局部表面传热系数比 充分发展段高,且沿主流方向逐渐降低。 如果边界层在管中心 处汇合时流体流动仍 然保持层流,那么进 入充分发展区后也就 入口段充分发展段 继续保持层流流动状 态,从而构成流体管 内层流流动过程。 20033-2
[\>?@ MN QIJ]^ _`@$ab3 X;?@lm$n!opq rst ;<781u$vw&xyz{|}P
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering 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 入厂段充分发展段 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。 如果出现湍流,湍流的扰动与混合作用又会 使表面传热系数有所提高,再逐渐趋向一个 定值 20033-2
[\>?@ MNQ IJ]~A@ T $ab3X;<78 0Vd ` gh$Aijk "#P [\$J opq rsu$z{y- YP
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering Re =10 紊流区 当流体温度和管璧温度不同时,在管子的进口 区域同时也有热边界层在发展,随着流体向管 内深入,热边界层最后也会在管中心汇合,从 而进入热充分发展的流动换热区域,在热边界 层汇合之前也就必然存在热进口区段 随着流动从层流变为紊流,热边界层亦有层流 和紊流热边界层之分 20033-2
:]$ L34 0W]c >?@ 78$+y X$ >?@ Vc MNIJ$A i3X ;? @IJ¡¢cd£* 3401P +A@T$ >?@¤@ : >?@¡<P
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》)游 HUST Lab of Thermal Science Enaineerina the Institute nf Ene Power Thermal boundary layer -Thermal profile 卡A Thermal Thermally entry region developed region 流动进口段层流:≈06R,紊流:≈50 热进口段长度:层流:205KP ≈0.07RePr 紊流:≈50 20033-2
341 341F=
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种。 对于管壁热流为常数时,流体温度随流动方 向线性变化,且与管壁之间的温差保持不 变,有 ts=t, +4q x/loc 管内流体截面上的 AtC 平均温度 y=J, a, ud / J. a uds 入口段充分发展段x 流体进囗平均温度但热流时 20033-2
>?¥¦§¨©:§¨ ,ªP © T«s]$x yO¬$v©¡®¯_` $ °p± ²§ 34²§
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering power 当管璧温度为常数时,流 C 体的温度随流动方向按如 下指数规律变化 t=tw+(t-t)exp)-4St 恒壁温时 利用在整个管长内的流动换热平衡关系式 Gd / 4)pc, u hrd△ 可得出计算表面传热系数的平均温差表达式 △t In t 20033-2
T«s]$ xy³[ ´µs¶· ¸ ¹-F ²º»r¼ ½¾ opq rs²§¯o¿¼
华中科技大学热科学与工程实验室 EP》 HUST Lab of Thermal Science Engineering 其中,ff分别为出口、进囗截面上的平均 温度。 当进口与出口截面上的温差比(-t10(-+ 在0.5~2之间时,可按如下算术平均温差计 算,结果的差别在4%以内。 tr=(1r+t1)/2 20033-2
%M$ <ÀT4Á34°p±²§ P 344°p±¯t ¡®]$½³[´ ²§¯ $\¯À UP