管内强制对流传热课件.ppt

1、内部流动内部流动强制对流传热强制对流传热一、管内强制对流传热流动和换热的特征一、管内强制对流传热流动和换热的特征1.1.管内的流动状态管内的流动状态Re104 湍流湍流（采用雷诺数判断）（采用雷诺数判断）ulReudRe速度边界速度边界层层流动的入流动的入口段口段流动的充分发流动的充分发展段展段0 xu温度边界温度边界层层换热的入换热的入口段口段换热的充分换热的充分发展段发展段hx不再发生不再发生变化变化3.强制对流传热特征数关联式强制对流传热特征数关联式hlNu努赛尔数努赛尔数ulRe雷诺数雷诺数aPr普朗特数普朗特数其中其中:确定流体物性参数（确定流体物性参数（、Pr 等）的温度称为等）的

2、温度称为定性温度定性温度；l 称为称为特征尺度（或特征尺寸）特征尺度（或特征尺寸）；u 称为作称为作特征速度特征速度。Pr)(Re,fNu1.迪图斯迪图斯-贝尔特（贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：）关联式：)(3.0)(4.0 ;023.0fwfwf8.0ffttttnPrReNun式中式中:取流体平均温度作为取流体平均温度作为定性温度定性温度；取管子内径取管子内径d为为特征尺度特征尺度；取截面的平均流速作取截面的平均流速作特征速度特征速度。二、湍流换热实验关联式二、湍流换热实验关联式1.迪图斯迪图斯-贝尔特（贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：）关联式：)(3.0)(

3、4.0 ;023.0fwfwf8.0ffttttnPrReNun二、湍流换热实验关联式二、湍流换热实验关联式适用的参数范围：适用的参数范围：长直管60 ;1607.0 ;10f4fdlPrRe对于弯管对于弯管 由于管道弯曲改变了流体的流动由于管道弯曲改变了流体的流动方向，离心力的作用会在流体内产生方向，离心力的作用会在流体内产生如图所示的如图所示的二次环流二次环流，结果增加了扰，结果增加了扰动，使对流换热得到强化。动，使对流换热得到强化。对于气体：对于气体：对于液体：对于液体：RdcR77.1133.101RdcR对于短管（考虑入口效应）对于短管（考虑入口效应）修正系数：修正系数：7.01ld

4、ClnlRPrReccNuf8.0ff023.0考虑弯管和短管修正后的迪图斯考虑弯管和短管修正后的迪图斯-贝尔特关联式贝尔特关联式:三、管内层流换热关联式三、管内层流换热关联式适用的参数范围：适用的参数范围：1.入口段入口段关联式关联式:齐德齐德泰勒（泰勒（Sieder-Tate）关联式）关联式14.0wf3/1fff)(86.1ldPrReNu75.90044.0 ;1670048.0 wffPr2)Pr(14.0wf3/1ffldRe管子处于均匀壁温管子处于均匀壁温2.层流充分发展换热的层流充分发展换热的 Nu 数数)(66.3wconsttNu)(36.4constqNuw对于圆管：对于

5、圆管：对于其它截面，可参考相关资料。对于其它截面，可参考相关资料。（1 1）利用雷诺数判断流动的状态）利用雷诺数判断流动的状态;四四.总结总结管内对流传热的一般步骤管内对流传热的一般步骤 dNuhthA（2 2）选用合适的实验关联式）选用合适的实验关联式;（3 3）计算出努塞尔数，进一步得到表面传热系数）计算出努塞尔数，进一步得到表面传热系数;（4 4）根据牛顿冷却公式计算出对流传热量。）根据牛顿冷却公式计算出对流传热量。例题：例题：在一冷凝器中，冷却水以在一冷凝器中，冷却水以1m/s的流速流过内径为的流速流过内径为10mm、长度为、长度为3m的铜管，冷却水的进、出口温度分别为的铜管，冷却水的

6、进、出口温度分别为15和和65。忽略对流传热。忽略对流传热温差的影响，试计算管内的表面传热系数。温差的影响，试计算管内的表面传热系数。C 40651521ft可查得水的物性参数为：可查得水的物性参数为：W/(mK)，6350f.6f106590.m2/s，314f.Pr解：冷却水的平均温度为解：冷却水的平均温度为ffReudNudhf=5804W/(m2K)4.0f8.0fPrRe023.0Nu4.08.0431.41052.1023.0Nul/d=3/0.01604.910.010.6354.91为湍流410461052.1100.6590.011圆管内对流传热问题，流速圆管内对流传热问题，

7、流速1m/s，内径，内径10mm，管长，管长3m，水的进、出口温度分别为，水的进、出口温度分别为15和和65。计算管内。计算管内的表面传热系数。的表面传热系数。选用选用迪图斯迪图斯-贝尔特关联式贝尔特关联式5804W/(m2K)练练 习习1.定性的画出管内层流强制对流传热的局部表面传热系数定性的画出管内层流强制对流传热的局部表面传热系数 hx 的的沿程变化。沿程变化。2.有一管壳式换热器，已知换热管的内径为有一管壳式换热器，已知换热管的内径为17mm，单程管子的，单程管子的根数为根数为50根，单程管长为根，单程管长为4m。热水走管程，热水的流量为。热水走管程，热水的流量为33t/h，热水的进、出口温度分别为，热水的进、出口温度分别为55和和45。试计算该换。试计算该换热器管内侧的表面传热系数。热器管内侧的表面传热系数。3.有一外径为有一外径为140mm蒸汽管道，其外侧敷设有厚度为蒸汽管道，其外侧敷设有厚度为30mm的保的保温材料，保温层外侧壁温为温材料，保温层外侧壁温为50，室外空气温度为，室外空气温度为10，空，空气以气以3m/s的速度横向吹过该管道，试计算单位管长上该管道的速度横向吹过该管道，试计算单位管长上该管道的对流散热量。的对流散热量。横掠圆管的对流传热横掠圆管的对流传热问题问题Nu=f(Re,Pr)