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第6章单相流体对流换热及准则关联预案.ppt 83页
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* 6.5.2 自然对流换热的控制方程与相似特征数 1、自然对流换热的控制方程 从对流换热微分方程组出发，可得到自然对流换热的准则方程式 * 带入上式得 引入体胀系数 在薄层外 * 采用相似分析方法，以
及 分别作为流速、长度及过余温度的标尺，得 改写原方程 令 * 式中第一个组合量
是雷诺数，第二个组合量可改写为（与雷诺数相乘）： 进一步化简可得 其中 格拉晓夫数 * Gr称为格拉晓夫数，在物理上，Gr数是浮升力/粘滞力比值的一种量度。Gr数的增大表明浮升力作用的相对增大。 若对自然对流的能量方程做类似推导，可得出另外一个无量纲准则，称为瑞利数。 2、层流向湍流转变的依据：采用Gr数 自然对流换热准则方程式为 * 6.5.3 大空间自然对流换热的实验关联式 1、大空间与有限空间自然对流换热 自然对流换热可分成大空间和有限空间两类。 大空间自然对流：流体的冷却和加热过程互不影响，边界层不受干扰。 有限空间自然对流：边界层的发展收到干扰，或流动受到限制。 （大空间的相对性） *
工程中广泛使用的是下面的关联式：
2. 均匀壁温条件下的大空间自然对流 式中：定性温度采用
之差 对于符合理想气体性质的气体， 特征长度的选择：竖壁和竖圆柱取高度，横圆柱取外径。 对液态工质，需考虑物性变化的校正因子 * 注：竖圆柱按上表与竖壁用同一个关联式只限于以下情况： * 其他几何形状的自然对流问题的传热规律的转变，目前还缺少以Gr数为判断依据的关联式。 介绍以Ra为判断依据的试验关联式 1.水平面 (1)热面向上（冷面向下） * (2)热面向下（冷面向上） 式中：定性温度采用
特征长度采用
AP：平板换热面积 P： 平板换热周长 2.球 式中：定性温度采用
特征长度采用球体直径
（2）采用专用形式
式中：定性温度取平均温度tm，特征长度对矩形取短边长。
按此式整理的平板散热的结果示于下表。
3. 均匀热流边界条件 （1）采用常壁温公式
对于高度为L的竖直平板的均匀热流加热情形，取平板中点的壁温作为确定Gr数中的温差和牛顿冷却公式中的壁面温度。 * 这里流动比较复杂，不能套用层流及湍流的分类。 表6-11
式（6-43）中的常数B和m *
对于自然对流湍流，展开关联式（指数为n=1/3） 后，两边的定型尺寸可以消去；表明自然对流湍流的表面传热系数与定型尺寸无关，该现象称自模化现象。
模型实验的“自模化”现象
利用这一特征，湍流换热实验研究就可以采用较小尺寸的物体进行，只要求实验现象的 Gr·Pr值处于湍流范围。 * 6.5.4. 有限空间自然对流换热
在生活和工业应用里也经常能看见一些相对狭窄空间中的自然对流换热现象。 寒冷地区广泛使用的双层玻璃窗; 平板太阳能集热器的集热板与盖板之间的空气夹层; 用于变压器油冷却的扁盒自然对流冷却器; 热力管道或电缆线管沟中空气的自然对流等。
此类问题大多希望求出从高温表面到低温表面的表面传热系数和传热量。因受到狭窄空间形状以及各相邻表面的约束，流体的流动和换热状况往往比较复杂。 * 仅讨论如图所示的竖的和水平的两种封闭夹层的自然对流换热，且推荐的公式仅限于气体夹层。 封闭夹层示意图 夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度δ为特征长度的Gr数： * 当
极低时换热依靠纯导热：
对于水平夹层，当
对于竖直夹层，当
的提高，会依次出现向层流特征过渡的流（环流）、层流特征的流动、湍流特征的流动。 对竖夹层，纵横比
对换热有一定影响。 * ①对于竖空气夹层，推荐以下实验关联式： 式中：定性温度采用
特征尺寸采用冷热表面间的距离δ
②对于水平空气夹层，推荐以下关联式： 式中：定性温度均为
Re数中的特征长度均为d 。 *
实际上，除了自然对流外，夹层中还有辐射换热，此时通过夹层的换热量应是两者之和。 对竖空气夹层，
的实验验证范围 * 6.5.5 混合对流简介
在对流换热中有时需要既考虑强制对流亦考虑自然对流考察浮升力与惯性力的比值 自然对流的影响不能忽略； 强制对流的影响可以忽略不计。 混和对流 * 混合对流的实验关联式这里不讨论。 推荐一个简单的估算方法
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横掠椭圆管的换热及流动特性研究研究.pdf98页
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青岛科技大学 硕士学位论文
横掠椭圆管的换热及流动特性研究 姓名：齐守良 申请学位级别：硕士 专业：化工过程机械 指导教师：李庆领 座机电话号码 横掠椭嘲管的换熟及流动特性研究 横掠椭圆管的换热及流动特性研究 攘 要 本文通过理论分析、数值计算和实验研究三种方法对空气横掠椭圆管的换热
及滚动特性进行了硬究。列熙边赛层积分方程近似方法，分辑了燃滚状态下绕滚
椭圆管的边界层发展状况，讨论了长径比a／b与分离点之问的关系，获得了边界
层分离以翦的局部对流羧热系数势垮其与绕流隧管、乎援和冲落竖壁进行了比
较。同时，利用VC++与Matlab溉合编程技术，通过有限差分方法求解边界层微
分方程组，获得各秘椭圆簿面的局部对流换热系数和边界层内速度分布，并初步
实现了流场和温魔场科学可视化。利用热质比拟原理及萦升华技术，在7000～
60000的Re数范围内，对七种椭圆管的平均对流换热系数、五种椭圆管的局部
辩流换热蕊律迸行了实验研究。在并给磁了不阍椭圆管的换热及阻力实验关联
式，将其综合性能进行了比较。 理论分拆窝数值诗算麓结采表弼：在逑流速大部分的区域肉，襁圆警的局部
对流换热系数低于圆管，但前驻点处换热强于圆镣。随着a／b的逐渐增犬，边界
爨分离点逐海惹移，当a／b―10．0辩，耩鏊警垂冬分离点已经螽移至妒 175。左右。 实验结果表明：当afo 6．0时，椭圆舒的平均对流换热系数离于圆管，并且
获嚣越大，这静趋势越羁蘧，最衰辩胃这圜管戆1．6倍。交予绕流王况豹改善，椭
圆管的阻力比圆管大大降低，且afo越大，阻力越低；a／b 2．0时，椭圆管的阻力
终建圆警戆60％。在进行毙较瓣冗耱警蘩孛，a／b
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第六章单相对流传热的实验关联式
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