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《第五章_對流換熱原理-7.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、§5-7外部流動(dòng)強(qiáng)制對流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1、橫掠單管換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式按照勢流理論，流體在圓柱體的前部流速會(huì)逐步增大而壓力會(huì)逐步減小；流體在圓柱體的后部流速會(huì)逐步減小而壓力會(huì)逐步增大。但是，因流體黏性力的作用，在圓柱體的前部會(huì)形成流動(dòng)邊界層，速度會(huì)從勢流流速逐步改變到壁面上的零速度，這種速度改變以消耗流體動(dòng)量為代價(jià)的，這一過程特征會(huì)保持到勢流流速達(dá)到最大值。分離流動(dòng)速度分布邊界層速度分布u∞t∞流體繞流圓柱體在其后的增壓減速過程，流場中由壓力轉(zhuǎn)變來的動(dòng)量會(huì)逐步地再轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲌龅膲毫Γ藭r(shí)近壁流體不但會(huì)因動(dòng)量的耗散
2、而沒有足夠的動(dòng)量轉(zhuǎn)化為壓力，而且和會(huì)在逆向壓力的作用下產(chǎn)生逆向流動(dòng)，從而導(dǎo)致流體在邊界層發(fā)生分離。分離流動(dòng)速度分布邊界層速度分布u∞t∞流體繞流圓柱體實(shí)際上，由于邊界層的發(fā)展，勢流區(qū)的外形已經(jīng)不是圓形，因而使流動(dòng)的增壓減速過程提前，也就使流動(dòng)分離位置提前。如果流體在分離之前流動(dòng)邊界層已經(jīng)從層流發(fā)展到紊流，由于紊流邊界層中紊流動(dòng)量交換的加強(qiáng)，從而使邊界層流動(dòng)的分離向后推移。繞流圓柱的流動(dòng):當(dāng)Re<10時(shí)流動(dòng)不會(huì)發(fā)生分離現(xiàn)象；當(dāng)10≤Re≤105時(shí)流動(dòng)分離點(diǎn)在80o≤φ≤85o之間；而當(dāng)Re>105時(shí)流動(dòng)分離
3、點(diǎn)在φ=140o處。Re<10時(shí)，可忽略分離的影響，摩擦阻力對流動(dòng)起決定作用。雷諾數(shù)為，式中，u∞為來流速度，d為圓柱體外直徑。在圓柱體的前端φ=0o處換熱系數(shù)α最大，而在分離點(diǎn)φ=82o處換熱系數(shù)α最??；如果在邊界層從層流變?yōu)槲闪?，那么轉(zhuǎn)變點(diǎn)φ=140o處有一個(gè)換熱系數(shù)α的最低點(diǎn)，紊流邊界層的分離點(diǎn)是另一個(gè)換熱系數(shù)α的最低點(diǎn)流體外掠（橫向掠過）單根圓管換熱的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式:ReCn0.4?40.9890.334?400.9110.38540?40000.6830.4664000?400000.1930.61
4、840000?4000000.0270.805C、n的值見下表所示流體繞流圓柱體的平均換熱系數(shù)也可采用以下朱考斯卡斯經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:其中，特征流速為流體最小截面處的最大流速umax；特征尺寸為圓柱體外直徑d；定性溫度除Prw按壁面溫tw取值之外，其余皆用流體的平均溫度tf；是考慮在選用tf為定性溫度時(shí)，熱流方向不同會(huì)對換熱性能產(chǎn)生影響的一個(gè)修正系數(shù)。C、m的值見下表所示ReCm1?400.750.440?10000.510.51000?2000000.260.62?105?1060.0760.7適用范圍：0
5、.70.2,則流體外掠單管的對流換熱關(guān)聯(lián)式還可寫為:上式中，定性溫度為（tw+tf）/2.注意：如右圖所示，如果流體流動(dòng)方向與圓柱體軸線的夾角（亦稱沖擊角）在300-900的范圍內(nèi)時(shí)，則平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按下式計(jì)算氣流方向β管子方向2、橫掠管束換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式管束（長圓柱體束）是由多根長管（長圓柱體）按照一定的的
6、排列規(guī)則組合而成的。管束的排列方式很多，最常見的有順排和叉排兩種。ddS1S1S2S2umaxu∞u∞t∞t∞(1)叉排管束(2)順排管束一般叉排時(shí)流體在管間交替收縮和擴(kuò)張的彎曲通道中流動(dòng)，擾動(dòng)更劇烈，因而叉排換熱比順排更強(qiáng)。但順排則流動(dòng)阻力小，易于清洗。所以順排和叉排的選擇要全面權(quán)衡。另外，一般說來，后排管的換熱要好于第一排管，但從第三排管以后各排管之間的流動(dòng)換熱特征就沒有多少差異了。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)管排排數(shù)超過10排之后，換熱性能就基本穩(wěn)定不變了。影響管束換熱的因素除了Re、Pr數(shù)外，還有排列方式、管
7、間距、管束排數(shù)等。氣體外掠管束對流換熱的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)按下式計(jì)算該式適用于氣體橫掠10排以上管束。式中，定性溫度采用tm=(tw+tf)/2,其中，tf為流體平均溫度，特征尺寸為管外直徑，特征流速為管排流道中最窄處的流速。C和m數(shù)值見P176頁表5-7。適用范圍為Ref=2000?40000.對于排數(shù)少于10排的管束，平均表面換熱系數(shù)應(yīng)在上式計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上乘以一個(gè)小于1的管排修正系數(shù)。?n的值見表5-8。（1）*其它有關(guān)外掠管束對流換熱的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式（朱考夫卡斯公式）此式適用于計(jì)算沿流體流動(dòng)
8、方向排數(shù)大于16的管束的換熱。式中，特征尺寸為管外直徑，特征流速為管排流道中最窄處的流速，定性溫度為管束進(jìn)出口流體平均溫度（有書上認(rèn)為是來流溫度）。Prw為按管束的平均壁溫確定.適用范圍：Pr=0.6?500.其中，C和m值由下表選取。（2）結(jié)構(gòu)Red,maxCm順排103?2?1050.270.63叉排（ST/Sl<2）103?2?1050.35(ST/Sl)1/50.60叉排(ST/Sl>2)103?2?1050.400.
