冶金傳輸原理-第7章-對流換熱-(更新版)

　　

【正文】 迫對流換熱的工程應(yīng)用 ■ 冷卻水在內(nèi)燃機氣缸冷卻夾套和散熱器中的對流換熱 ■ 機油在機油冷卻器中對流換熱 ■ 鍋爐中水蒸氣在過熱器中對流換熱及煙氣在管式空氣換熱器 中的對流換熱等 強制對流的換熱計算 (1)臨界雷諾數(shù) ReC 439。 ，湍流 流， ф ≈ 140176。(2)… 如何進行實驗 在相似理論指導(dǎo)下實驗，包括以下三方面： （ 1）如何保證模型所得實驗結(jié)果可用于實物 依據(jù)：相似第一定理（給出了應(yīng)測的物理量） （ 2）如何設(shè)計實驗?zāi)Ｐ停ＷC模型與實物相似 依據(jù)：相似第二定理（定解條件相似，同名定解條件組成的相似準數(shù)相同） 相似模型法求解對流換熱問題歸納 ↑ 相似概念 幾何相似 物理相似 相似倍數(shù)、相似轉(zhuǎn)換 ↑ （ 3）如何整理和使用實驗結(jié)果 依據(jù)：相似第三定理（整理成準數(shù)方程） 如何找出某一物理現(xiàn)象的相似準數(shù) 對已知數(shù)學物理方程進行相似變換（詳見前述舉例） 獨立相似準數(shù) 派生相似準數(shù) 由于準則數(shù)通常包括 3個和 3個以上的物理量，從而使關(guān)系式中自變量大 大減少，例如，管內(nèi)強迫對流換熱 次次試驗次數(shù)由 255156255P r ) ,( R e ,),(26 ?????? fNucdufh p ??? 自然對流的換熱計算 自然對流邊界層的形成與發(fā)展 （ a) 豎壁 （ b) 橫圓柱 豎壁自然對流局部換熱系數(shù) hx的 沿程變化 xh 自然對流的換熱計算 一、邊界層的形成與發(fā)展 TW的垂直壁面與 Tf的無限流體接觸時（ TWTf），產(chǎn)生的溫度分 布和速度分布示于下圖。 相似模型分析應(yīng)用 模型相似的條件 幾何相似 。 相似理論基礎(chǔ) ,0 T??? ?? ??GrTgl ???? 23Gr 稱為 格拉曉夫準數(shù) ，表示氣體上升力與粘性力之比。 —雷諾準數(shù)。39。39。39。39。39。39。39。39。239。1??????????????????????????????????????)8(1)(39。39。39。39。39。39。2239。這種函數(shù)關(guān)系稱為準數(shù)方程，表示為： 0),...,( 21 ???? nf為相似準數(shù)。39。39。39。3339。iwi wcw ?相似轉(zhuǎn)換 ???????????一物理量。應(yīng)該與 ??? aT?定義普朗特數(shù) ??? pca??Pr高普朗特數(shù)流體， Pr=幾十 ~104（高粘性油） 低普朗特數(shù)流體， Pr=102（液態(tài)金屬） 中等普朗特數(shù)流體， Pr=~10（氣體、水） ????? 熱邊界層概念 當流動邊界層與熱邊界層同時生成和發(fā)展時，邊界層厚度取決 于普朗特數(shù) 。用細小的高靈敏的 測溫元件測出的溫度沿壁面 y方向的變化如下圖所示。 bd y d z d tdxxuudxxTTCQ xxdxx ???????? ? 同時間內(nèi)由 x+dx截面流出微元體的熱量為 式（ a） 式（ b） ,并略去高次項，得： )()(39。 綜上所述，有 : —壁面幾何形狀因素。,:大流速高強迫對流換熱小流速低自然對流換熱hh..,Re: 大于層流湍流時的層流和湍流 hhv ?????2. 流動狀態(tài) 對流換熱概述 3. 換熱表面幾何尺寸、形狀、位置 幾何形狀：掠過平板、外掠圓管、 管內(nèi)流動等。 ad y d z d tC T uQ xx ??39。39。 緣到壁面的距離。3339。239。對應(yīng)的物理量和相關(guān) 變量為 速度 v,運動途程 l和 時間 .則存在 ?運動途徑相似倍數(shù) lcll ?39。39。39。 相似理論基礎(chǔ) 二、相似三定理 相似第一定律 —— 相似現(xiàn)象的性質(zhì) 彼此相似的物理量必然具有數(shù)值相等的同名相似準數(shù)。 三、相似理論求解物理方程 ）（ 1222222xxxxzzyyxxxgzuyuxuxPzuuyuuxuutu???????????????????????????????????沿 x方向的納維爾 —— 斯托克斯方程為 粘性流體的動量平衡方程 相似轉(zhuǎn)換解相似準數(shù) ）（ 51 39。39。39。39。2239。39。39。2239。39。39。2239。39。39。239。39。39。 對于 B、 D兩項有 22lulucccccc??? ? 1???cccc lu ? Re39。39。 Ho強制流動時，可不計重力和浮力的作用，即可不計 . Fr此時（ 2）式可簡化為 )3(( R e )fEu ?函數(shù)的具體形式則要由實驗來決定。 流體流動的自模化 。 X,u, 自然對流的換熱計算 二、計算對流換熱系數(shù)的準則方程 )(P r )( nmm GrCNu ??式中， C和 n是由實驗確定的常數(shù)，不同情況的 C和 n值 列于 表 定性溫度 : 2/)( fWm TTT ??mm hlNu ??上述準數(shù)關(guān)系式適用的條件： 為常數(shù)。 強制對流的換熱計算 恒熱流橫掠單管的努塞爾數(shù) Nu隨角 φ 和 Re變化 橫掠單管的局部對流換熱系數(shù) )/(???NuRe 強制對流的換熱計算 （ 2）計算準則關(guān)系式 )(Re ncNu ?C、 n 值 —— 表 。—管道進、出口流體溫—、式中， f39。所以對彎管，式（ ）需乘以一管道彎曲修正系 數(shù)