当前课程知识点：传热学 > 第六章 > 6.5.2大空间与有限空间自然对流传热的实验关联式 > Video
大家好 这堂课我们讲一下
大空间与有限空间
自然对流传热的实验关联式
首先看一下 大空间和有限空间
自然对流 自然对流传热区分为
大空间自然对流和有限空间
自然对流 又称为外部自然对流
与内部自然对流 那么所谓大空间
自然对流是指边界层的
发展不受到干扰
或者阻碍的自然对流
而不拘泥于几何体上的
很大或者无限大 而在
有限空间自然对流中
或者边界层的发展受到干扰
或者流体的流动受到限制
使其换热规律有别于
大空间的自然对流换热
下面我们先讲一下大空间
自然对流换热的实验关联式
在工程中使用最广泛的是
下面这个实验关联式
努赛尔数是格拉晓夫和
普朗特数的函数
在式中定性温度
采用算术平均温度
格拉晓夫数的Δt是t∞和tw
之间的一个差值 对于符合
理想气体性质的气体来说
膨胀系数是温度分之一
那么特征长度的选择主要是
根据几何尺寸和几何形状来确定
于是我们可以通过查表获得
该关联式的C值和指数n的值
这个图给出了竖平板及竖圆柱
还有就是横圆柱 它们的系数C
和指数n的值 其中一定要
注意格拉晓夫数的适用范围
这个是很重要的 其中
在这里我们要看到竖圆柱
是按照竖壁用同一个关联式
但这个时候有一个限定就是
d比上H要大于35
比上格拉晓夫数的0.25次幂
这个是对于竖圆柱能够使用
该公式的一个条件限制
大家一定要注意一下
对于水平热面向上
也就是冷面向下的情况
给出了如下的实验关联式
其中它的适用范围就是
格拉晓夫数与普朗特数的
乘积在大于10的4次幂和
小于十的七次幂之间 还有就是
大于10的7次幂和小于10的
11次幂之间 这个大家一定要
注意它的使用范围
对于水平热面向下即
冷面向上的情况 给出了如下的
实验关联式 其中特征长度
可通过该式进行计算 还有就是
球体的自然对流传热实验
关联式 如该式所示
在使用过程中
也要注意它的使用范围
通常对于均匀热流边界
条件下的自然对流及努赛尔数
是普朗特数变形的
格拉晓夫数之间的一个关系
其中定性温度也是采用了
平均温度特征 长度是对矩型
取短边长作为它的特征长度
这个在使用过程中一定要注意
那么通过此式整理出的
平板散热的结果
我们可以看一下 针对
这种水平板热面朝上
或冷面朝下的这种方式
它的B值和m值 然后可以求出
但是一定要注意它的格拉晓夫数
它的适用范围 然后还有水平板
热面朝下或冷面向上的这种情况
下面我们看一下有限空间
自然对流换热的情况
这里我们主要讨论这两个图
所示的竖的和水平的
两种封闭夹层的自然对流换热
而且推荐的关联式
仅仅是局限于气体的夹层
在这个图中 其中这两个
壁面温度分别是高温壁面和
低温壁面 上壁面和下壁面
为绝热壁面 这里是绝热壁面
然后是低温壁面和高温壁面
流体的定性温度取为平均温度
特征尺寸取为冷热
两个表间的间距δ值
那么在寒冷地区双层玻璃窗
就是竖夹层的一个例子
水平放置的覆罩有顶盖
太阳玻璃的太阳能集集热器
都是水平夹层的一个实例
那么在夹层内的流动
将主要取决于以夹层厚度
为特征尺寸的格拉晓夫数
的一个大小 当格拉晓夫数
特别小的时候
换热将依靠纯导热
那么这个范围我们看一下
当格拉晓夫数小于2860
对于竖直夹层来说
就是依靠纯导热进行的
热量传递 而对于水平夹层来说
格拉晓夫数小于2430
这个时候主要依靠的是热传导
另外随着格拉晓夫数的提高
会依次出现向层流特征
层流特征的流动
以及湍流特征的流动 除此之外
在竖夹层内纵横比H比上δ
对换热会有一定的影响
那么我们给出了他们的
一般关联式 其相应的系数和指数
n和m具体在该表中可以查询获得
同样注意它的使用范围
格拉晓夫数的限制 还有就是
H与δ之间比值的一个限制
实际上在生活生产中
除自然对流外 夹层中
还会有一些辐射换热
这个时候通过夹层的换热量
就是自然对流换热量和
辐射换热量之和
这个大家一定要注意
下面再看一下自然对流与
强制对流并存的混合对流
在对流传热中有时需要
既要考虑强制对流
同样还要考虑自然对流
那么我们如何判断到底
是不是同时考虑
还是只考虑一个
它的评判标准是什么
通过相似分析法
我们可以知道格拉晓夫数中
包含着浮升力与粘滞力的比值
而惯性力与粘滞力的比值
即为雷诺数 而当我们
考察浮升力与惯性力的比值时
我们就可以引入该
无量纲数进行判断
那么我们可以根据此式来
判断自然对流的影响程度
当格拉晓夫数与雷诺数的
平方的比值大于0.01的时候
自然对流的影响是不能忽略的
那么我们再可以考虑
强制对流与自然对流
它们之间的相对强弱
进而确定是不是考虑自然对流
当格拉晓夫数与雷诺数的
平方比值小于0.1的时候
相对于强制对流来说
自然对流是可以忽略的
所以我们只考虑强制对流
而当格拉晓夫数与雷的数的
平方的比值大于0.1小于10的时候
我们需要考虑两种
对流方式及混合对流 而
当格拉晓夫数与雷诺数的
平方的比值大于10的时候
这时候自然对流会起到
绝对的影响作用 所以
我们只考虑自然对流
在使用大空间和有限空间
对流传热实验的关联式时
一定要注意使用条件的限制
好 这就是本次课的全部内容
谢谢大家
-1.1传热学的研究内容及其应用
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-1.2热量传递的三种基本方式
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-第一章--1.2热量传递的三种基本方式
-1.3传热过程与传热热阻
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-第一章--1.3传热过程与传热热阻
-2.1导热基本定律
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-2.2热导率的概念
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-第二章--2.2热导率的概念
-2.3导热微分方程
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-第二章--2.3导热微分方程
-2.4导热微分方程单值条件
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-第二章--2.4导热微分方程单值条件
-2.5平板稳态导热问题
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-第二章--2.5平板稳态导热问题
-2.6圆筒壁的稳态导热问题
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-第二章--2.6圆筒壁的稳态导热问题
-2.7球壳稳态导热
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-第二章--2.7球壳稳态导热
-3.1集总参数法-I
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-3.2集总参数法-II
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-第三章--3.2集总参数法-II
-4.1稳态导热解-I
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-4.2稳态导热解-II
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-4.3非稳态导热解
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-第四章--4.3非稳态导热解
-5.1对流传热概说
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-第五章--5.1对流传热概说
-5.2对流传热问题的数学描写
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-第五章--5.2对流传热问题的数学描写
-5.3.1流动边界层与热边界层
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-第五章--5.3.1流动边界层与热边界层
-5.3.2二维稳态边界层型对流传热问题的数学描述
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-第五章--5.3.2二维稳态边界层型对流传热问题的数学描述
-6.1相似原理
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-6.2量纲分析及相似原理的应用
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-第六章--6.2量纲分析及相似原理的应用
-6.3.1管槽内强制对流流动和换热的特点
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-第六章--6.3.1管槽内强制对流流动和换热的特点
-6.3.2管槽内湍流强制对流换热实验关联式
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-第六章--6.3.2管槽内湍流强制对流换热实验关联式
-6.3.3管槽内层流与过渡流动强制对流换热实验关联式
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-6.4外部流动强制对流换热实验关联式
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-第六章--6.4外部流动强制对流换热实验关联式
-6.5.1大空间与有限空间自然对流传热
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-第六章--6.5.1大空间与有限空间自然对流传热
-6.5.2大空间与有限空间自然对流传热的实验关联式
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-6.6射流冲击传热的实验关联式
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-第六章--6.6射流冲击传热的实验关联式
-7.1凝结换热及影响因素-I
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-第七章--7.1凝结换热及影响因素-I
-7.2沸腾换热及影响因素-II
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-第七章--7.2沸腾换热及影响因素-II
-8.1热辐射基本定律
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-第八章--8.1热辐射基本定律
-8.2实际物体辐射特性
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-第八章--8.2实际物体辐射特性
-9.1-角系数
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-第九章--9.1-角系数
-9.2-多表面间的辐射热量-净热量法
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-第九章--9.2-多表面间的辐射热量-净热量法
-9.3多表面间的辐射热量-网络图法-
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-第九章--9.3多表面间的辐射热量-网络图法-
-10.1换热器的类型
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-第十章--10.1换热器的类型
-10.2换热器对数平均温差的计算
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-第十章--10.2换热器对数平均温差的计算
-10.3换热器的热计算：1平均温差法
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-10.4换热器的热计算：2效能-传热单元数法
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