长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering1.管内紊流(Re104)换热准则关系式流体被加热时n=0.4；流体被冷却时n=0.3。气体被加热被冷却被加热被冷却液体长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2. 管内层流换热准则关系式(Re 2300)3. 管内过渡流(2300 Ref p2 p3u1 u36-4 外部强制对流传热长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering 在增压减速过程中，流体由压力转变来的动量会逐步再转变为流场的压力，此时近壁面流体不但会因动量的耗散而没有足够的动量转化为压力，而且会在逆向压力的作用下产生逆向流动，导致流体边界层发生分离。ABS 长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical EngineeringABS AC：流道截面积,流速,压力(顺压梯度)；CS：流道截面积,流速,压力(逆压梯度)；S点： 。SS以下：边界层脱离固体壁面，而后倒流回来，形成涡流，出现边界层分离。6-4 外部强制对流传热长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering汽车在路面上飞驰而过，汽车后面会扬起高高的尘土。6-4 外部强制对流传热长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical EngineeringRe10时, 流动不发生分离现象；10Re1.5105时,边界层为层流，分离点在8085；Re1.5105 时，边界层在分离（脱体）前已变为紊流，由于紊流边界层中紊流动量交换的加强，从 而 使 边 界 层 分 离 点 推 后 到140 处；2.分离点位置及圆管表面局部表面传热系数的变化6-4 外部强制对流传热长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering3.圆管表面平均表面传热系数关联式 特征流速:来流速度；特征长度:管子外径；特征温度:膜平均温度6-4 外部强制对流传热当=0时，用纵掠平板公式计算。修正系数斜掠圆管表6-5长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例2： 其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大，为什么？横向纵向横横向向冲冲刷刷时时表表面面传传热热系系数数大大。纵纵向向冲冲刷刷时时相相当当于于外外掠掠平平板板的的流流动动，热热边边界界层层较较厚厚，而而横横向向冲冲刷刷时时热热边边界界层层薄薄且且存存在在边边界界层层分分离离产产生生的的旋旋涡涡，增增加加了了流体的扰动，因而换热强。流体的扰动，因而换热强。长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例3：为了测量管内流体温度，测温套管有A,B两种布置方式，如图所示。为了使测温误差减小，问应选取哪种布置方式，并说明理由。长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering三、流体横掠管束时的强迫对流换热6-4 外部强制对流传热长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering 除管径影响传热系数外，管距、管排数和排列方式也影响对流换热系数。（a）顺排(b)叉排6-4 外部强制对流传热流体横掠顺排管束平均表面传热系数关联式（表6-7）流体横掠叉排管束平均表面传热系数关联式（表6-8）长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering6-5 大空间与有限空间内自然对流传热自然对流换热：由于固体壁面与流体间存在温差，使流体内部温度场不均匀，导致密度场的不均匀，在重力场作用之下产生浮升力而促使流体发生流动，引起热量交换。长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering1) 温度与速度分布一、 自然对流换热现象的特点yttx t以竖直平板在空气中自然冷却过程进行分析。0u6-5 大空间与有限空间内自然对流传热2) 流动形态层流区紊流区过渡区hxx长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering物理意义： 浮升力与粘性力的比值3）自然对流传热的控制方程与相似特征数6-5 大空间与有限空间内自然对流传热Gr是层流向紊流转变的依据长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering 传热面上边界层的形成和发展不受周围物体干扰的自然对流传热称为大空间自然对流传热，否则称为有限空间对流传热。 二、大空间自然对流传热关联式1. 恒壁温Gr中的t： 体膨胀系数v=1/T 。特征温度：膜温度（tw+t）/2； 特征长度：竖壁与竖圆柱取高度，横圆柱取外径。6-5 大空间与有限空间内自然对流传热C、n见表见表6-10；水平面见式；水平面见式6-39、6-40长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例：在对流温度差大小相同的条件下，在夏季和冬季，屋顶天花板内表面的对流放热系数是否相同？ 为什么？长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例：水平放置的蒸汽管道，保温层外径d0=383mm，壁温tw=48，周围空气温度t=24.试计算保温层外壁单位管长的对流散热量。解：特征温度：长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering查表6-10得C=0.48，n=1/4；长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering2.恒热流密度6-5 大空间与有限空间内自然对流传热B、m见表见表6-11恒热流密度给定时，常要校核局部壁温。最有价值的数据往往是局部对流传热系数。层流： 湍流 ：长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering6-5 大空间与有限空间内自然对流传热湍流自然对流的自模化表6-10中关联式的指数n，湍流时此时湍流自然对流时，对流传热系数与尺寸无关，这种情形称为自模化现象。长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering有些自然对流换热过程受到固体表面的限制而形成受限空间中的自然对流换热。三、有限空间自然对流传热关联式6-5 大空间与有限空间内自然对流传热长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering边界层特点热流密度表示成导热计算式:表示成热对流计算式:6-5 大空间与有限空间内自然对流传热当/H0.3，体现为无限空间自然对流换热规律；当/h0.3，将体现出有限空间自然对流换热特征。 长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering对于竖直空气夹层，推荐以下关联式:使用范围：6-5 大空间与有限空间内自然对流传热定性温度：（tw1+tw2）/2；特征尺寸：长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering以如图所示有限空间自然对流为例。如果空腔内的空气没有对流，仅存在导热，则：=即：Numin=1例6：对有限空间的自然对流换热，有人经过计算得出Nu数为0.5。请判断这一结果的正确性。长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering例7: 温度分别为100和40、面积均为0.50.5m2的两竖壁，形成厚=15mm的竖直空气夹层。试计算通过空气夹层的自然对流换热量?解：空气的定性温度为tm=(100+40)/2=70，查出空气的物性参数为vm=20.0210-6 m2/s， =1.029kg/m3， =2.9610-2W/(m2)，v=1/（273+70）=2.91510-2K-1 ，Pr=0.694。长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering(1)判断流动形态（GrPr）m=1.0031042105，流动属层流。长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering(2)努塞尔准则数： (3)等效导热系数ee=Numm=1.3350.0296=0.0395W/（m） （4）自然对流换热量长江大学机械工程学院School of Mechanical Engineering电影难以忽视的真相