第五、六章 对流换热.ppt

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第五、六章 对流换热

书到用时方恨少,可能是目前感触最深的一点。回头想想,在学校的时候,有大部分的时间荒废在了一些无意义的事情上。对专业的东西总感觉教材太过浅显,可是细想起来,哪本书好好的读一次,深刻体会一下,都会带来终生的受益。遗憾的是,那时我们都太浮躁了,没有踏踏实实去做任何一件事。在此也恳请老师要更加严格要求师弟师妹们,他们会体会得到老师的良苦用心 例题2:在流体的物性和流道截面的周长相同的条件下, 圆管和椭圆管内单相流体的受迫紊流换热, 何者换热系数大?为什么? 小 结 一、概念 对流换热的影响因素 对流换热的分类 求解对流换热系数的方法 对流换热微分方程式及与第三类边界条件的区别 速度、温度边界层的大小(纵掠平板层流);△ l t 与△l f 的大小 边界层理论的四个基本要点 了解动量及能量积分方程式 相似需满足的几个条件 定性温度、特征尺度 入口段距离 自然对流换热定义以及大空间自然对流 横掠圆管尤其是单管Nu的变化趋势(解释) 影响管束换热的因素 二、几个无量纲准则 Re、Nu、Pr、Gr的公式,公式中的符号以及准则的物理意义 Nu与Bi的区别 三、经验公式 管槽内强制(尤其是紊流): 要求:会选关联式(注意适用条件)以及计算步骤,尤其要注意l 的取法 自然对流: 尤其是层流 m, W/(m2?K) 流体外部流动强制对流换热实验关联式 下面具体分析一下产生以上不同的原因: 对于流体横向绕流单管,由于存在边界层,所以有二个驻点,对于理想气体来说,二驻点处速度均为零,根据柏努利方程 一、横向绕流单管(柱)时的换热 由于边界层外,前驻点υ=0,压力p最大。在点2截面以前,υ↑,p↓,在点2截面处,速度达到最大值,压力降至最小。点2截面后,刚好与前面相反, υ↓,p↑。在边界层外,由于流体可以看作是理想流体,所以无能量损失,但在边界层内,因粘滞力的作用,使动能下降(υ↓),在点3以前,只有贴壁处速度梯度为零。但以后,如点4,压力和阻力之和大于惯性力,使得边界层内的流体出现停滞和倒流现象。但在边界层外,动能仅转变成压力能而无阻力损失,所以仍能向前流动,形成旋涡,使得边界层分离。 2. 换热情况和计算 由于边界层出现分离,所以到目前尚不能作数学描述,只能靠实验。 如图可知:(1)当Re1.5×105时,Nuφ从前驻点有规律地下降,到φ=80o降至最低,以后又增加(涡流)。 (2)当Re1.5×105时,Nuφ从前驻点有规律地下降,到φ=80o~90o,出现地一个最低值(层流底层加厚),以后又逐渐增加,达到旺盛紊流时,达到最大值(Re↑, Nuφ↑)稳定后, Nuφ又开始下降,到φ=140o左右,又出现第二最低值,至分离点后,又有所回升。 求h的经验公式 3. 几何影响因素 (2)冲击角有关,流动方向与管道轴线相垂直时,最大(φ=90o); φ90o , h降低。因涡流区缩小,而且正对来流的冲击减弱。 (1) h与紊流度有关,实验表明,紊流度越大, h增大; 4.横向绕流单管和流体纵掠平板时的主要不同点: (1)纵掠平板,流动方向压力不变,而横向绕流,压力在变; (2)纵掠平板,在主流区,速度不变,均为υf;而横向,速度在变化; (3)换热系数变化不同。平板,先降低,后平稳,而对于圆管,先降低,在尾部又上升; (4)纵掠平板,边界层不分离,而在圆管中,边界层分离。 二、横向绕流管束时的换热 管束是由直径相同的圆管组成。 流体在管束间的换热现象是比较普遍的,例如锅炉、换热器等。下面简单介绍一下这方面的情况。 1. 流动和换热情况 除了我们以前讲过的影响流体换热系数之外,对于绕流管束,影响较为显著的是流速和管束本身所引起的几何条件,即管径、管距、排数以及排列方式等有关。管束的排列方式可分顺排和叉排两种。 对于第一排管子,顺排和叉排的换热情况与单管时相同,但从第二排开始,换热情况主要与管子的形式有关。 顺 排 叉 排 对于顺排,第二排及其以后的各排管子都处于前排的涡流区中,因涡流区的环流较为微弱,并且顺排管束中各管前半部分受到流体的冲刷作用比第一排前半部分小些,以后各排的最大局部换热系数不在前驻点,而在其他地方(φ=50o)。 2、换热系数的确定 顺排--流体受干扰较小,流动较稳定;叉排--流体不断改变流动方向,阻力较大,但流体混合程度较顺排好。所以叉排的平均换热系数比顺排大,但当Re很大时,由于顺排管束不是紊流边界层而是强烈的涡流区,所以换热系数可能超过叉排。 对于叉排,通过第一排及以后各排的流动情况与第一排差别不大。最大局部换热系数都在前驻点处。 流体自然对流时的换热 1.

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