§6-3-外掠圆管对流换热解析

HeatTransfer传热学建筑环境与设备工程专业主干课程之一!§6单相对流换热建筑环境与设备工程专业主干课程之一!Chapter6TheHeatTransferofSingle-phaseConvectionLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer§6-3外掠圆管对流换热外部流动：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。横掠单管：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过管子表面。流动具有边界层特征，还会发生绕流脱体。Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer1、流动边界层的形成与发展Re10蠕动流Re≤1.5×105层流脱体现象尾迹流Re≥1.5×105层流紊流脱体现象尾迹流一、外掠单管Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer脱体现象：流体的压强在管的前半部递降，而后又趋回升。与压强的变化相应，主流速度则先逐渐增加，而后又逐渐降低。特别要注意的是在压强增大的区域内，流体需靠本身的动能来克服压强的增长才能向前流动，而靠近壁面的流体由于粘滞力的影响速度比较低，相应的动能也较小，其结果是从壁面的某一位置开始速度梯度达到0壁面流体停止向前流动，并随即向相反的方向流动。以致从0点开始壁面流体停止向前流动，并随即向相反的方向流动，该点称为绕流脱体的起点(或称分离点)。Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransferLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer2、换热特征边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。图6－9外掠圆管局部表面传热系数的变化图Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransferLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer()/2;wttu。虽然局部表面传热系数变化比较复杂，但从平均表面换热系数看，渐变规律性很明显。可采用以下分4段幂次关联式：式中：定性温度为特征长度为管外径；数的特征速度为来流速度RenfwfffCNuRe)PrPr(Pr25.037.03、换热系数特征关联式Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransferLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer1/3RePrnNuC()/2;wttu。补充：可采用以下分段幂次关联式：式中：定性温度为特征长度为管外径；数的特征速度为来流速度ReC及n的值见表2；Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer实验验证范围：℃，℃。15.5~982t21~1046wtLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer对于气体横掠非圆形截面的柱体或管道的对流换热也可采用上式。lReNu注：指数C及n值见下表，表中示出的几何尺寸是计算数及数时用的特征长度。Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransferLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer式中：定性温度为适用于的情形。4/55/81/21/32/31/40.62RePrRe0.31[1(0.4/Pr)]282000Nu()/2,wttRePr0.2上述公式对于实验数据一般需要分段整理。邱吉尔与朋斯登对流体横向外掠单管提出了以下在整个实验范围内都能适用的准则式。Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer二.横掠管束换热实验关联式外掠管束在换热器中最为常见。通常管子有叉排和顺排两种排列方式。叉排换热强、阻力损失大并难于清洗。影响管束换热的因素除数外，还有：叉排或顺排；管间距；管束排数等。RePr、Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransferLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面传热系数的影响直到20排以上的管子才能消失。这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用管束排数的因素作为修正系数。管束换热的关联式之一为：zpwfmnSSCNu2125.0PrPrPrRe式中：定性温度为流体在管束中的平均温度。特征长度为管外径d；Re数中的流速采用整个管束中最窄截面处的流速。Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransferLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer上表6-2所列关联式适应于排数≥20排的情况，对于＜20排的情况，用表6-3的排数修正系数修正。Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer茹卡乌斯卡斯对流体外掠管束换热总结出一套在很宽的数变化范围内更便于使用的公式如下表所示。式中：定性温度为进出口流体平均流速；特征长度为管子外径。实验验证范围：PrPrwRePr0.6~500。按管束的平均壁温确定；数中的流速取管束中最小截面的平均流速；补充：Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer流体横掠顺排管束平均表面传热系数计算关联式（16排）Logo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransferLogo建筑工程系TheDepartmentofConstructionEngineeringHeatTransfer本节小结：一、外掠单管1、流动边界层的形成与发展2、换热特征3、换热系数特征关联式二.横掠管束换热实验关联式感谢所有资料原始持有人的辛勤劳动！