外掠圆管对流换热解析ppt课件

Heat Transfer传热学传热学 建筑环境与设备工程专业主干课程之一建筑环境与设备工程专业主干课程之一!Heat Transfer传热传热学学 建筑建筑环环境与境与设备设备工程工程专业专业主主6 单相对流换热单相对流换热 建筑环境与设备工程专业主干课程之一建筑环境与设备工程专业主干课程之一!Chapter6 The Heat Transfer of Single-phase Convection 6 单单相相对对流流换热换热 建筑建筑环环境与境与设备设备工程工程专业专业主干主干课课程之一程之一!L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer6-3 外掠外掠圆圆管管对对流流换热换热外外部部流流动动：换换热热壁壁面面上上的的流流动动边边界界层层与与热热边边界界层层能能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。横掠单管：横掠单管：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过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。子表面。流动具有边界层特征，还会发生绕流脱体。Heat Transfer6-3 外掠外掠圆圆管管对对流流换热换热外部流外部流动动L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer1、流动边界层的形成与发展流动边界层的形成与发展 vRe10 Re10 蠕动流蠕动流vRe1.510Re1.510 5 5层流层流 脱体现象脱体现象 尾迹流尾迹流 vRe Re 1.5101.5105 5 层层流流 紊紊流流 脱脱体体现现象象 尾迹流尾迹流 一一、外掠单管外掠单管Heat Transfer1、流流动边动边界界层层的形成与的形成与发发展展 一一L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transferv脱体现象：脱体现象：流体的压强在管的前半部递降，而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，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其结果是从壁面的某一位置开始速度梯度达到 0 0 壁面流体停止向前流动，并随即向相反的方向流壁面流体停止向前流动，并随即向相反的方向流动。以致从动。以致从 0 0 点开始壁面流体停止向前流动，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并随即向相反的方向流动，该点称为绕流脱体的起点起点 (或称分离点或称分离点 )。Heat Transfer脱体脱体现现象：象：流体的流体的压压强强在管的前半部在管的前半部L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat TransferHeat TransferL o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer 2、换热特征、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。边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。图图69 外掠圆管局部表面外掠圆管局部表面传热系数的变化图传热系数的变化图Heat Transfer 2、换热换热特征特征图图69 外掠外掠圆圆L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat TransferHeat TransferL o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer 虽虽然然局局部部表表面面传传热热系系数数变变化化比比较较复复杂杂，但但从平均表面换热系数看，渐变规律性很明显。从平均表面换热系数看，渐变规律性很明显。可采用以下分可采用以下分4段幂次关联式：段幂次关联式：式中：式中：定性温度为定性温度为 特征长度特征长度为管外径；为管外径；数的数的特征速度特征速度为来流速度为来流速度3、换热系数特征关联式、换热系数特征关联式Heat Transfer 虽虽然局部表面然局部表面L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat TransferHeat TransferL o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer补充：可采用以下分段幂次关联式：补充：可采用以下分段幂次关联式：式中：式中：定性温度为定性温度为 特征长度特征长度为管外径；为管外径；数的数的特征速度特征速度为来流速度为来流速度C C及及n n的值见表的值见表2 2；Heat Transfer补补充：可采用以下分段充：可采用以下分段幂幂次关次关联联式：式式：式L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer实验验证范围：实验验证范围：，。Heat Transfer实验验证实验验证范范围围：L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer 对对于于气气体体横横掠掠非非圆圆形形截截面面的的柱柱体体或或管管道道的的对对流流换热也可采用上式。换热也可采用上式。注：注：指数指数C C及及n n值见下表，表中示出的几何值见下表，表中示出的几何尺寸尺寸 是计算是计算 数及数及 数时用的特征数时用的特征长度。长度。Heat Transfer 对对于气体横掠非于气体横掠非圆圆形截面的柱体或形截面的柱体或L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat TransferHeat TransferL o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer 式中：定性温度为式中：定性温度为 适用于适用于 的情形。的情形。上述公式对于实验数据一般需要分段整理。上述公式对于实验数据一般需要分段整理。邱邱吉吉尔尔与与朋朋斯斯登登对对流流体体横横向向外外掠掠单单管管提提出出了以下在了以下在整个实验范围内都能适用的准则式整个实验范围内都能适用的准则式。Heat Transfer 式中：定性温度式中：定性温度为为 L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer二二.横掠管束换热实验关联式横掠管束换热实验关联式v外掠管束在换热器中最为常见。外掠管束在换热器中最为常见。v通通常常管管子子有有叉叉排排和和顺顺排排两两种种排排列列方方式式。叉叉排排换换热强、阻力损失大并难于清洗。热强、阻力损失大并难于清洗。影响管束换热的因素除影响管束换热的因素除 数外，还有：数外，还有：叉排叉排或顺排或顺排；管间距管间距；管束排数管束排数等。等。Heat Transfer二二.横掠管束横掠管束换热实验换热实验关关联联式外掠管式外掠管L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat TransferHeat TransferL o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer 后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面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传热系数的影响直到2020排以上的管子才能消失。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这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用式，再采用管束排数管束排数的因素作为修正系数。的因素作为修正系数。管束换热的关联式之一为：管束换热的关联式之一为：式中：式中：定性温度为流体在管束中的平均温度。定性温度为流体在管束中的平均温度。特征长度为管外径特征长度为管外径d；Re数中的流速采用整数中的流速采用整个管束中最窄截面处的流速。个管束中最窄截面处的流速。Heat Transfer 后排管受前排管尾流的后排管受前排管尾流的扰动扰动作作L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat TransferHeat TransferL o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer 上表上表6-2所列关联式适应于排数所列关联式适应于排数20排的情况，排的情况，对于对于20排的情况，用表排的情况，用表6-3的排数修正系数修正。的排数修正系数修正。Heat Transfer 上表上表6-2所列关所列关联联式式L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer 茹茹卡卡乌乌斯斯卡卡斯斯对对流流体体外外掠掠管管束束换换热热总总结结出出一一套套在在很很宽宽的的 数数变变化化范范围围内内更更便便于于使使用用的的公公式式如如下下表所示表所示。式中：式中：定性温度定性温度为进出口流体平均流速；为进出口流体平均流速；特征长度特征长度为管子外径。为管子外径。v实验验证范围：实验验证范围：按管束的平均壁温确定；按管束的平均壁温确定；数数中中的的流流速速取取管管束束中中最最小小截截面面的的平平均流速；均流速；补充：补充：Heat Transfer 茹卡茹卡乌乌斯卡斯斯卡斯对对流体外掠管束流体外掠管束换热换热L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer流体横掠顺排管束流体横掠顺排管束平均表面传热系数计算关联式（平均表面传热系数计算关联式（16排）排）Heat Transfer流体横掠流体横掠顺顺排管束排管束L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer v Heat Transfer L o g o建筑工程系 The Department of Construction EngineeringHeat TransferHeat Transfer本节小结：本节小结：一一、外掠单管外掠单管 1、流动边界层的形成与发展流动边界层的形成与发展 2、换热特征、换热特征 3、换热系数特征关联式、换热系数特征关联式二二.横掠管束换热实验关联式横掠管束换热实验关联式Heat Transfer本本节节小小结结：一：一、外掠外掠单单管管 感谢所有资料原始持有人的辛勤劳动！感谢所有资料原始持有人的辛勤劳动！Thank You!感感谢谢所有所有资资料原始持有人的辛勤料原始持有人的辛勤劳动劳动