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1、6.3 内部强制对流传热的实验关联式6.4 外部强制对流传热,外部流动强制对流换热实验关联式,1 横掠单管换热实验关联式,横掠单管的定义：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过管子表面特性：除了边界层外，还会产生绕流脱体，从而产生回流、漩流和涡束,外部流动：换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。,(3)脱体的位置：取决于Re，即：,(4)外掠单管的当地对流换热系数的变化影响外部流动换热的因素，除了以前各项外，还要考虑绕流脱体的发生位置,(5)圆管表面平均表面传热系数关联式,式中，C和n的值见表65(圆管)和表66(非圆形截面)，定性温度为边界层内的平均温度 tm特征
2、长度为管外径；Re中的特征速度为通道来流速度,流体外掠圆球,定性温度为来流温度特征长度为球体直径Re中的特征速度为通道来流速度,在75度的烘箱中固化直径10mm的紫铜球上的装饰用塑料薄膜。从烘箱中取出后，该球处于温度为23度，速度为10m/s空气流中。估算球冷却到35度所需时间。,2 横掠管束换热实验关联式,影响横掠管束对流换热的因素：Re,Pr,叉排和顺排,管间距(s1 和s2)；管排数主流方向的管排数达到一定数目后，平均表面传热系数与管排数无关研究思路：首先研究16排以上管束的对流换热系数，然后加入修正系数对之进行修正,定性温度为管束进、出口流体平均温度特征长度为管子外径Re中的特征速度为
3、管束最小截面处的流速,外掠顺排管束最大速度计算,外掠叉排管束最大速度计算,管槽内强迫对流流动与换热的特点,（1）入口段和充分发展段,管内流动局部表面传热系数hx的变化(1)层流;(2)湍流,常物性流体在热充分发展段的表面传热系数不变,先求充分发展段的关联式，然后再引入入口效应的修正,（2）管内流体的平均速度及平均温度,V 体积流量,由于换热，管断面平均温度不断变化,均匀热流下流体平均温度与壁面温度沿程变化,全管长流体与管壁间的平均温度差,均匀壁温下流体平均温度与壁面温度沿程变化,全管长流体与管壁间的平均温度差,温差沿管长按对数曲线变化,当流体进口截面与出口截面的温差比在0.52之间时，可用算术
4、平均温差代替对数平均温差。差别小于4%。,2 管内湍流强制对流传热关联式,（1）迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：,适用的参数范围：定性温度tf：进出口截面流体平均温度的算术平均值；特征长度：管内径d,评价：由于没有考虑物性的影响，误差大；适用于壁面与流体温差不很大(中等以下),非圆形截面的槽道，采用当量直径de作为特征尺度,1）当温度超过以上推荐值时，则可以采用下面任一个公式计算,2）入口效应,入口段的 h 比充分发展段的 h 大,通常计算平均表面传热系数的经验公式由L/d 60的长管实验数据综合得到的,对于L/d 60短管，应进行修正,（1）热物性,对于液体：主要是粘性
5、随温度而变化,其他条件相同的情况下，液体被加热时的表面传热系数高于 液体被冷却时的值,对于气体：除了粘性，还有密度和热导率等,计及流体热物性对换热的影响，用流体的平均温度 tf 和壁面温度tw作定性温度；引入温度修正系数：,3 影响管内对流换热的几个因素,（2）弯管效应,离心力,二次环流,换热增强,修正系数：,气体：,液体：,（3）管壁粗糙度的影响,4 管内层流强制对流传热关联式,层流换热的发展已经比较充分，并总结了如下结论：层流对流换热中需要考虑热边界条件的影响对于等截面直通道，充分发展段的Nu与Re和Pr无关层流中当量直径仅是一个参数，不用它来统一不同截面通道的换热计算的表达式表6264分
6、别给出了管槽内和环形空间内的层流充分发展段的Nu工程换热设备中，层流换热常处于入口段范围，此时，推荐采用下面的齐德泰特的实验关联式计算平均Nu,定性温度：流体平均温度 tf特征长度：管内径d管子处于均匀壁温,适用的参数范围：,某厂燃气空气加热器，已知管内径d=0.051m，每根管内空气质量流量M=0.0417kg/s，管长l=2.6m，空气进口温度tf=30，壁温保持tw=250，计算该管内表面传热系数。,查空气物性参数,液态金属在圆管内流动，在特定轴向位置处，其速度和温度分布可分别近似看成均匀的和抛物线形的。即u(r)=c1，t(r)-ts=c21-(r/R)2，式中，c1、c2分别为常数。该位置处的Nu为多少？,在一个系统中，使水通过内径和外径分别为20mm和40mm的厚壁管，把它从进口温度20加热到出口温度60。管的外壁面绝热，壁面内的电加热器提供均匀的产热速率106W/m3。1）水的质量流量为0.1kg/s时，为获得所要的出口温度，管子应多长？2）若管子出口处的内表面温度为70，出口处的局部对流换热系数多大？,管壁内的均匀产热提供了均匀的表面热流密度,蒸汽在直径50mm，长为6m的薄壁圆管的外表面凝结，使得管表面处于均匀温度100。水以质量流量0.25kg/s通过管子，进出口温度分别为15和57。水流的平均对流换热系数是多少？,
