7.6-7 自然和强制对流换热.ppt

7.6 自然对流换热计算自然对流换热计算7.7 强制对流换热计算强制对流换热计算7.6 自然对流换热自然对流换热主要内容主要内容1.自然对流换热概念自然对流换热概念2.自然对流换热边界层自然对流换热边界层3.自然对流换热分类自然对流换热分类4.大空间自然对流换热计算的实验准数方程大空间自然对流换热计算的实验准数方程21 自然对流换热概念自然对流换热概念q 流体中，由密度差引起的对流流动叫自然对流。流体中，由密度差引起的对流流动叫自然对流。q自然对流的流体掠过固体壁面时，与固体壁面间的换热现象称为自自然对流的流体掠过固体壁面时，与固体壁面间的换热现象称为自然对流换热。然对流换热。q工程中常见这种流动，如：工程中常见这种流动，如：n炉壁的散热；炉壁的散热；n热力管道的散热；热力管道的散热；n钢包和铸模内的钢液与壁面间的传热等。钢包和铸模内的钢液与壁面间的传热等。3n热的竖壁如图：在壁的下部，自然对流刚开始形成，流动是有规则的层热的竖壁如图：在壁的下部，自然对流刚开始形成，流动是有规则的层流，在壁的上部，流动转变为紊流。流，在壁的上部，流动转变为紊流。q对于竖壁而言，只要壁面足够高，对于竖壁而言，只要壁面足够高，流体的流动都将转变为湍流。流体的流动都将转变为湍流。q现已查明，当流动进入旺盛紊流时，现已查明，当流动进入旺盛紊流时，局部换热系数是一常数。局部换热系数是一常数。2 自然对流换热边界层自然对流换热边界层A处的条纹整齐处的条纹整齐，为层流。，为层流。B处条纹已部分紊乱，说明流处条纹已部分紊乱，说明流动开始向湍流转变。动开始向湍流转变。4n自然对流可分为自然对流可分为大空间自然对流换热大空间自然对流换热和和有限空间的自然对流换热有限空间的自然对流换热两类。两类。n 表面的热边界层不受影响的空间叫大空间自然对流换热。表面的热边界层不受影响的空间叫大空间自然对流换热。3 自然对流换热分类自然对流换热分类n大空间时时，图中大空间时时，图中5自然对流换热的工程现象自然对流换热的工程现象q浇注后的铸型和铸件浇注后的铸型和铸件q热力设备管路外壁在大气中的换热热力设备管路外壁在大气中的换热q建筑墙壁建筑墙壁q建筑玻璃建筑玻璃6n工程中常用的准数方程为：工程中常用的准数方程为：Num=C(Gr Pr)mnn式中下标式中下标m表示以平均温度作为表示以平均温度作为定性温度定性温度。n C、n 为实验常数（为实验常数（p132 表表7.1）。）。n C、n 值的影响因素包括：值的影响因素包括：换热面的形状和位置；换热面的形状和位置；边界条件；边界条件；流态。流态。4 大空间自然对流换热计算的实验准数方程大空间自然对流换热计算的实验准数方程请注意：关于特征温度请注意：关于特征温度和定型尺寸的问题。和定型尺寸的问题。7实验确定的几种情况下的实验确定的几种情况下的C及及n值值空气空气Num=C(Gr Pr)nm8大空间自然对流换热例题大空间自然对流换热例题n试求悬挂在大厂房中的试求悬挂在大厂房中的3m高的热竖直钢板的自然对流换热系数。已知钢板高的热竖直钢板的自然对流换热系数。已知钢板表面壁温为表面壁温为170 ，厂房内温度为，厂房内温度为10。9对流换热系数对流换热系数W/(m2K)的大致量级：的大致量级：空气自然对流：空气自然对流：310空气强制对流：空气强制对流：20100水自然对流：水自然对流：2001000水强制对流：水强制对流：100015000水沸腾：水沸腾：250025000高压水蒸气强制对流：高压水蒸气强制对流：5003500液态金属强制对流：液态金属强制对流：3000110000107.7 强制对流换热计算强制对流换热计算n主要内容主要内容q强制对流换热概念强制对流换热概念q外掠平板外掠平板q外掠圆柱或圆管外掠圆柱或圆管q绕流球体绕流球体q管内湍流时的对流换热管内湍流时的对流换热q管内层流时的对流换热管内层流时的对流换热q管内过渡区时的对流换热计算管内过渡区时的对流换热计算111 强制对流换热概念强制对流换热概念n当参与换热的流体受动力或压头的驱动时，其与固体壁面之间的换热当参与换热的流体受动力或压头的驱动时，其与固体壁面之间的换热称为强制对流换热。称为强制对流换热。n强制对流换热现象在工程中较为多见：强制对流换热现象在工程中较为多见：q管式换热器管式换热器q热力输送管路热力输送管路122 外掠平板外掠平板n平板临界雷诺数平板临界雷诺数n平板局部雷诺数平板局部雷诺数n层流区层流区 Re5105，准则方程为，准则方程为n湍流区湍流区 5105 Re (Tw-Tf)1 0205 管内湍流时的对流换热管内湍流时的对流换热关于修正：关于修正：大温差的修正大温差的修正入口段修正入口段修正（当（当 L/d 60 时）时）弯曲管道的修正弯曲管道的修正层流时的计算层流时的计算2128传热过程计算传热过程计算TTf1Tf2Tw2Tw1QTf1 Tw1 T w2 Tf2 Rt1 Rt2 Rt3 对流换热对流换热 导热导热 对流换热对流换热三个串联传热步骤的热流量分别为三个串联传热步骤的热流量分别为29作业作业nP139 第第5题：求单位面积上单位时间内的对流换热量。题：求单位面积上单位时间内的对流换热量。第第13题：流体的温度取流体在入口处和出口处的平均温度。题：流体的温度取流体在入口处和出口处的平均温度。30