文档介绍：2017/11/12
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第五章对流换热计算
§5-1 管(槽)内流体受迫对流换热计算
§5-2 流体外掠物体的对流换热计算
§5-3 自然对流换热计算
§5-4 液体沸腾换热计算
§5-5 蒸汽凝结换热计算
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§5-1 管(槽)内流体受迫对流换热计算
1 管(槽)内流动换热的特点
流体在管内流动属于内部流动过程,其主要特征是,流动存在着两个明显的流动区段,即流动进口(或发展)区段和流动充分发展区段
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进口区:流动和热边界层从零开始增长,直到汇合至管子中心线。管子进口到边界层汇合处的这段管长内的流动称为管内流动进口区
充分发展区:边界层汇合于管子中心线以后的区域,即进入定型流动的区域。
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如果边界层在管中心处汇合时流体流动仍然保持层流,那么进入充分发展区后也就继续保持层流流动状态,从而构成流体管内层流流动过程。
入口段热边界层较薄,局部表面传热系数比充分发展段高,且沿主流方向逐渐降低。
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如果边界层在管中心处汇合时流体已经从层流流动完全转变为紊流流动,那么进入充分发展区后就会维持紊流流动状态,从而构成流体管内紊流流动过程。
如果出现湍流,湍流的扰动与混合作用又会使表面传热系数有所提高,再逐渐趋向一个定值。
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当流体温度和管璧温度不同时,在管子的进口区域同时也有热边界层在发展,随着流体向管内深入,热边界层最后也会在管中心汇合,从而进入热充分发展的流动换热区域,在热边界层汇合之前也就必然存在热进口区段。
随着流动从层流变为紊流,热边界层亦有层流和紊流热边界层之分。
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流动进口段
热进口段长度:
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热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种。
对于管壁热流为常数时,流体温度随流动方向线性变化,且与管壁之间的温差保持不变,有
x
t
入口段
充分发展段
tf
tw
恒热流时
t=C
管内流体截面上的平均温度
流体进口平均温度
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x
t
tw = C
tf
恒壁温时
当管璧温度为常数时,流体的温度随流动方向按如下指数规律变化
利用在整个管长内的流动换热平衡关系式
可得出计算表面传热系数的平均温差表达式
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其中,tf’, tf”分别为进口、出口截面上的平均温度。
当出口与进口截面上的温差比(tw - tf'')/(tw - tf') ~ 2之间时,可按如下算术平均温差计算,结果的差别在4%以内。