福州大学化工原理电子教案传热 注:由于由因次分析法导出的不是最终的表达式,只能用实验方法得到各参数的具体值,因此要特 别注意不同的实验条件得出的不同的参数值。即 ①公式的应用范围。 ②特征尺寸的取法。 特征尺寸是指对流给热过程产生直接影响的几何尺寸。对管内强制对流给热,如为圆管,特征尺寸取 管内径d;如为非圆形管道,通常取当量直径 4×流动截面积 d=一润湿周边 对大空间内自然对流,取加热(或冷却)表面的垂直高度为特征尺寸,因加热面高度对自然对流的范 围和运动速度有直接影响 ③定性温度 在给热过程中,流体的温度各处不同,流体的物性也必随之而变。因此,在计算各准数的数值时,用 什么温度为基准来查取所需的物性数据 考虑到给热过程的热阻主要集中在层流内层,可选壁温t和流体主体温度t的算术平均值,即 作为定性温度,并称之为平均膜温 但是,以膜温作为定性温度在使用上是很不方便,因为计算α值,须先知道壁温,而计算壁温又必须 先知道a。因此必须进行联立求解方程求出壁温和a。也就是必须采用试差法多次计算。为了简单方便, 我们一般取流体主体的平均温度作为定性温度 633无相变时对流给热系数的经验关联式 (1)圆形直管内的强制湍流的给热系数 对于强制湍流,自然对流的影响可以忽略不计,C=0,则 Nu= aRe"Pr 许多研究者对不同的流体(包括液体或气体)在光滑圆管内进行了大量的实验,发现在下列条件下: ①Re>10000即流动是充分湍流的 ②0.7<Pr<160(一般流体皆可满足,不适用于液体金属) ③低粘度流体 ④l/d>30~40,即进口段只占总长的很小一部分,而管内流动是充分发展的 ⑤特征尺寸L=d(管子内径),定性温度为进、出口流体主体温度在进、出口的算术平均值,即 l1+l2 2 在上述的条件下,式中的A=0.023,a=0.8,当流体被加热时b=0.4,被冷却时b=0.3,即 Nu=0.023 Reo. Prb 或 a=0232(gy(H 鬥r准数的指数与热流方向有关。流体被加热时,层流内层的温度高于主体温度,流体被冷却时,情 况相反。对液体而言,一方面温度升高,粘度减小,层流内层减薄:另一方面,液体的导热系数随温度升 高而减小,但不显著。所以,层流内层温度升高的总效果,使给热系数增大,这就是流体受热时的指数b福州大学化工原理电子教案 传热 - 4 - 注：由于由因次分析法导出的不是最终的表达式，只能用实验方法得到各参数的具体值，因此要特 别注意不同的实验条件得出的不同的参数值。即 ① 公式的应用范围。 ② 特征尺寸的取法。 特征尺寸是指对流给热过程产生直接影响的几何尺寸。对管内强制对流给热，如为圆管，特征尺寸取 管内径 d ；如为非圆形管道，通常取当量直径 润湿周边 流动截面积 = 4 de 对大空间内自然对流，取加热（或冷却）表面的垂直高度为特征尺寸，因加热面高度对自然对流的范 围和运动速度有直接影响。 ③ 定性温度 在给热过程中，流体的温度各处不同，流体的物性也必随之而变。因此，在计算各准数的数值时，用 什么温度为基准来查取所需的物性数据？ 考虑到给热过程的热阻主要集中在层流内层，可选壁温 w t 和流体主体温度 t 的算术平均值，即 2 w m t t t + = 作为定性温度，并称之为平均膜温。 但是，以膜温作为定性温度在使用上是很不方便，因为计算  值，须先知道壁温，而计算壁温又必须 先知道  。因此必须进行联立求解方程求出壁温和  。也就是必须采用试差法多次计算。为了简单方便， 我们一般取流体主体的平均温度作为定性温度。 6.3.3 无相变时对流给热系数的经验关联式 （1）圆形直管内的强制湍流的给热系数 对于强制湍流，自然对流的影响可以忽略不计， C = 0 ，则 a b Nu = ARe Pr 许多研究者对不同的流体（包括液体或气体）在光滑圆管内进行了大量的实验，发现在下列条件下： ① Re >10000 即流动是充分湍流的； ② 0.7< Pr <160（一般流体皆可满足，不适用于液体金属）； ③ 低粘度流体； ④ l / d >30～40，即进口段只占总长的很小一部分，而管内流动是充分发展的； ⑤ 特征尺寸 L = d （管子内径），定性温度为进、出口流体主体温度在进、出口的算术平均值，即 2 1 2 m t t t + = 。 在上述的条件下，式中的 A= 0.023， a = 0.8 ，当流体被加热时 b = 0.4 ，被冷却时 b = 0.3 ，即 b Nu Re Pr 0.8 = 0.023 或 b du c d 0.023 ( ) ( ) 0.8 p       = Pr 准数的指数与热流方向有关。流体被加热时，层流内层的温度高于主体温度，流体被冷却时，情 况相反。对液体而言，一方面温度升高，粘度减小，层流内层减薄；另一方面，液体的导热系数随温度升 高而减小，但不显著。所以，层流内层温度升高的总效果，使给热系数增大，这就是流体受热时的指数 b