Video在线视频

大家好 这堂课我们

讲一下内部流动

强制对流中的管槽内湍流

强制对流换热实验关联式

我们主要从流体的

种类方面入手

第一种是常规流体

第二种是液态金属

下面我们先看一下

常规流体管槽内湍流

强制对流换热实验

关联式，针对于常规流体

使用最广泛的是

迪贝斯贝尔特公式

它的关系式如该式所示

那么加热流体的时候

普朗特数的系数取0.4

在冷却流体时 普朗德数的

系数n取0.3 其中在这里

定性温度是进出口两个

界面流体平均温度的算术平均值

其中特征长度是管的内径

该公式的适用范围

大家一定要记住 要求雷诺数

在10的4次幂到1.2乘10的

5次幂之间 普朗特数是

0.7到120之间 其中不要忽略的

一点是管子的长度与内径的比

要大于等于60

只有在这个范围内

该公式才能够很好的应用

其中迪贝斯贝尔特公式

主要适用于流体与壁面

具有中等以下温差的场合

这个中等温差是如何界定的

我们看一下

针对气体而言 它是小于50度

对水而言是20到30度之间

对油而言它是要小于10度

但实际上截面上的温度

并不是均匀的 它会导致

速度发生一个畸变

在换热的情况下 管子截面上的

温度不均匀 因为温度影响了粘度

所以截面上的速度分布与

等温流动的分布都会有所不同

那么这幅图我们可以看出

它给出了换热时速度分布的

畸变的一个景象 其中曲线1

为等温流的速度分布 那么

我们先对液体进行分析

因为液体的粘度随着

温度的降低而升高 液体

被冷却时 近壁处的粘度

较管心处高 因此速度分布

低于等温曲线 它就变成了曲线2

若液体被加热 则速度分布

变成了曲线3 近壁处的流速

要高于等温曲线 近壁处流速的

增加会强化换热

反之会减少换热

这说明了不均匀物性场

对换热的影响 对于气体而言

由于粘度随着温度的升高而增加

它与液体的情形正好相反

所以曲线2适用于气体被加热

而曲线3适用于气体被冷却

我们可以看到不均匀的物性场

对换热的影响是液体

还是气体加热还是冷却

以及温差的大小而不同

在大温差情况下 我们主要

采用下列的任何一个

式进行一个计算 第一个

就是迪贝斯贝尔特修正公式

当流体的平均温度与固体表面的

温度差值大于前面提到的中等

以下温差时只靠

普朗特数指数的区别

已经不能充分反映

物性变化的影响 这时我们

需要引入温差修正系数Ct

在该式的后面乘以Ct

但此时n就恒等0.4

当气体被加热的时候

m值是0.5 然后被冷却的时候

m值是0 而对液体而言

被加热时m要取0.11

被冷却时m取为0.25

其中对于气体而言 修正系数

为流体的温度和壁面温度的

一个比值 而对液体而言

修正系数是在流体温度下

动力粘度与壁面温度下

流体的动力粘度的一个比值

还有就是齐德泰勒公式

这个公式具体表达形式

我们可以看到 它的定性温度

也是流体的平均温度 而在

这个修正系数里也是采用的

流体温度下的流体动力粘度

与壁面温度下流体的

动力粘度的比值进行修正

特征长度也是管的内径

我们要注意它的实验范围

是雷诺数要大于10的4次幂

然后普朗特数是0.7到16700

同样它也要求管长与

内径之比要大于60

第三个就是米海耶夫公式

具体的形式如该式所示

其中它是利用普朗特数

进行的修正 也就是

流体温度下的流体普朗特数与

壁面温度下流体的普朗特数之比

同样 它的适用范围

大家要注意一下

这里它要求管的长度要与

内径之比大于等于50

上面的准则方程的应用范围

可以进行进一步的扩大

但是针对非圆形截面

槽道的时候 用当量直径

作为特征尺度 应用到上述的

准则方程式中 其中当量直径的

表达式如该式所示 它是4倍的

槽道流动截面积与润湿周长之比

其中我们要注意 当截面上

出现尖锐的流动区域的时候

采用当量直径的方法会

导致较大的误差

前面我们已经讨论过入口效应

即入口段由于热边界层较薄

而具有比充分发展段高的

表面传热系数 但究竟高出多少

要视不同的入口条件而定

对于通常的工业设备中的

尖角入口 我们主要采用

该修正系数对对流换热进行修正

在工程技术应用中

为了强化换热或者工艺的需要

通常会采用螺旋管

我们再看一下

螺旋管是如何进行修正的

螺旋管内的流体在向前运动

的过程中连续的

发生方向的改变 因此

会在横截面上引起二次

环流而强化换热 所谓的

二次环流一般是指垂直于

主流方向上的流动 对于

流体在螺旋管内的

对流传热的计算 工程上

一般使用的做法是应用

前述的准则式计算出

平均努塞尔数 然后再乘以

螺旋管修正系数

那么对于气体而言

它的修正系数如该式所示

对于液体而言

它的修正系数如该式所示

同样我们要注意以上的

所有方程都是用的

普朗特数大于0.6的气体

或者是液体 下面再介绍一下

格尼林斯基公式 格尼林斯基公式它的

主要表达形式如该式所示

那么对于液体而言

它的修正是利用了流体温度下

流体的普朗特数与壁面温度下

流体的普朗特数的比值

其中普朗特数的比值

有一个应用范围

而对于液体而言 它同样

也有一个应用范围

大家一定要注意到

还有就是关于雷诺数和普朗特数

它的一个限定 值得提出的是

格尼林斯基公式是迄今为止

计算准度最高的一个关联式

它能用于过渡区

而迪贝斯贝尔特公式

仅能用于旺盛湍流区

但同样两者都是只能用于

水力光滑区 对于普朗特数

比较小的液态金属而言

由于速度边界层与温度边界层的

相互关系与常规流体完全不同

使换热具有了不同的规律

所以一般推荐光滑圆管内

充分发展 湍流换热的

准则关系式 进行计算

液态金属的对流换热

对于均匀的热流边界

那么采用该式它的应用范围如下

对于均匀壁温边界 它的

对流换热准则关系式

如该式所示 它的应用范围是

贝莱德数要大于100 其中

特征长度也是为内径

定性的温度为流体的平均温度

关于流体在管槽内湍流

强制对流换热的关联是还有很多

大家可以根据需要到相应的

文献进行查找使用

但是在这里要强调一下

使用实验关联式时

一定要注意它的使用范围

只有在正确的验证范围内

得出的对流换热系数才是准确的

以上就是本次课的全部内容

谢谢大家