•
定性温度：边界层平均温度
tm
1 2
tw
t
• 特征尺寸：l
• Re数中的特征速度为通道来流速度 u
表5-6 气体横掠几种非圆形截面柱体计算式中的常数
截面形状
Re
C
n
l
5103 105
l
5103 105
5103 1.95104
l
1.95104 105
l
5103 105
l
4103 1.5104
0.246Βιβλιοθήκη 10.4/
Pr
2
/
3
1/
4
1
Re 282000
5 / 8
4/5
•
此式的定性温度为边界层平均温度
tm
1 2
tw
t
• 定型尺寸为管外径
• 适用条件为 RePr 0.2
横掠非圆形截面的柱体或管道时 对流换热的实验关联式
• 此时的实验关联式为 Num C Remn Prm1/3
• 式中，C及n的值见表5－6；
表5-5 C 和 n 的值 C
0.989 0.911 0.638 0.193 0.0266
n 0.330 0.335 0.466 0.618 0.805
横掠单圆管换热的实验关联式
• 对于横掠单圆管，除了上述的实验关联式外， 邱吉尔与朋斯登提出了在整个实验范围内都可 以适用的准则方程
Nu
0.3
0.62 Re1/ 2 Pr1/3
第八节 外部流动强制对流换热 实验关联式
• 外部流动的定义：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。这样的流动称为外部流动。
• 因此，在外部流动中存在着一个边界层以外的 区域，在那里无论是速度梯度还是温度梯度都 可以忽略。
• 本节将分别介绍横掠单圆管和管束的对流换热 的实验关联式。
s1 s1
叉排
流体外掠管束时的流动特征
换热特征
• 流体横掠管束时的对流换热与横掠单圆管不同。此时， 除管径影响对流换热表面传热系数外，管间距、管排 数和管子排列方式也会影响对流传热系数。
• 由于相邻管子的影响，流体在管间的流动截面交替地 增加和减小，所以流体的流动速度在管间也交替地增 加和减小。
0.446
0.478 0.519 0.452 0.482 0.440
0.571
0.565 0.556 0.568 0.556 0.562
3.0
C
m
0.0633 0.0678 0.198 0.286
0.725 0.744 0.648 0.608
0.213 0.636 0.401 0.581
0.518 0.522 0.488 0.449 0.421
0.560 0.562 0.568 0.570 0.574
第九节 自然对流换热及其实验关联式
• 定义：不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度 场的不均匀所引起的流动称为自然对流。此时的换热 称为自然对流换热。
• 低雷诺数时，局部努塞尔数沿流动方向先减小 再增加，而回升点反映了绕流脱体的起点，这 是由于脱体区的扰动强化了换热。
• 高雷诺数时，局部努塞尔数沿流动方向的变化 更为复制，有两个低点；第一次回升点是由于 层流转变成湍流的原因；第二次回升则是由于 脱体的缘故。
• 演示：流体外掠单圆管时局部努塞尔数的变化
横掠单圆管时的流动特征
• 流体横掠单圆管时是沿曲面流动， 因此沿流动方向其压力梯度不 断地发生变化。
• 大约在圆管的前半部，压力沿程降低，而在后半部压力又沿程回 升。
• 这样主流速度也作相应的变化：即前半部主流速度逐渐增加，后 半部逐渐减小。
• 在沿程压力增加的区域（即后半部），流体不能在压力的推动下 向前运动，只能依靠本身动能克服压力的增长而向前流动。
0.102
0.160 0.0385 0.153
0.228
0.588
0.675
0.638 0.782 0.638
0.731
横掠管束换热的实验关联式
• 管束的定义：按照一定规律有序排列的 直径大小相同的一组管子称为管束。
• 管束排列的两种方式 （1）叉排 （2）顺排
s2 s2 d s1 s1
顺排
s2 s2 d
• 当气体横掠10排以上的管束时，其平均对流换 热表面传热系数可由下面的实验关联式计算
Nu C Rem
• 定性温度为 tr tw t f / 2
• 特征尺寸为管外径 • Re中的流速采用整个管束中最窄截面处的流速。 • C和n的值见表5-7。 • 公式的适用范围为 Re f 2000 40000
s2 / d s1 / d
表5-7 公式 Nu C Rem 中的C和n
1.25
1.5
2.0
C
m
C
m
C
m
顺排
1.25
0.348 0.529 0.275 0.608 0.100 0.704
1.5
0.367 0.586 0.250 0.620 0.101 0.702
2
0.418 0.570 0.299 0.602 0.229 0.632
3
0.290 0.601 0.357 0.584 0.374 0.581
0.6 0.9 1 1.125 1.25 1.5 2 3
叉排
0.518 0.451 0.404
0.
0.556 0.568 0.572 0.592
0.497
0.505 0.460 0.416 0.356
0.558
0.554 0.460 0.416 0.580
横掠单圆管换热的实验关联式
• 在工程计算中多采用平均表面传热系数。 • 此时的实验关联式为
Num C Remn Prm1/3
• 式中，C及n的值见表5－5；
•
定性温度：边界层平均温度
tm
1 2
tw
t
• 特征尺寸：管外径；
• Re数中的特征速度为通道来流速度 u
Re 0.4~4 4 ~40 40 ~4000 4000 ~40000 40000 ~400000
• 在靠近壁面处流体速度较小，动能小，不足以克服压力的增长而 向前流动。当壁面某一点的速度变化率为零时，其后壁面附近的 流体产生脱流现象。
• 这一点称为绕流脱体的起点（或称为分离点）。该点的位置取决 于来流雷诺数的大小。
• 之后流体产生涡流。
• 演示：流体绕圆柱体的流动特征
横掠单圆管的换热特征
• 边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特 征。
• 从第二排起，后排管子都处于前排管子的尾流中。在 尾流涡旋的作用下，后排管子的对流传热系数比前排 要高。且这种影响逐级增加，但到达一定的排数后， 这种影响会趋于稳定。
• 当排数较少时，叉排时的对流换热表面传热系数比顺 排要高；但当排数较多时，顺排的换热强度有可能要 高于叉排。
横掠管束换热的实验关联式