管內(nèi)強迫對流換熱管內(nèi)強迫對流換熱流體在管內(nèi)流動時流體的流動方向與流道的軸線平行，此時流體與壁面之間的換熱稱為管內(nèi)強制對流換熱。這種換熱現(xiàn)象在電廠中應(yīng)用得很廣泛，如過熱蒸汽在過熱器管內(nèi)流動時的換熱、給水在省煤器管內(nèi)流動時的換熱、凝汽器及冷油器中冷卻水與管壁之間的換熱等。管內(nèi)流動和換熱的特征01管內(nèi)紊流換熱的計算02目

錄Content01管內(nèi)流動和換熱的特征管內(nèi)強迫對流換熱管內(nèi)強制對流時，隨著流體逐步地深入管內(nèi)，邊界層的厚度會逐步增厚，當(dāng)邊界層的厚度等于管子的半徑時，邊界層在管子中心處匯合，此時管內(nèi)流動成為定型流動。那么，從管子進(jìn)口到邊界層匯合處之間的這段管長稱為入口段，之后進(jìn)入定型流動的區(qū)域稱為定型段。管內(nèi)強迫對流換熱如果邊界層在管中心處匯合時流體已經(jīng)從層流流動完全轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪髁鲃?，那么進(jìn)入充分發(fā)展區(qū)后就會維持紊流流動狀態(tài)，從而構(gòu)成流體管內(nèi)紊流流動過程如果邊界層在管中心處匯合時流體流動仍然保持層流，那么進(jìn)入充分發(fā)展區(qū)后也就繼續(xù)保持層流流動狀態(tài)，從而構(gòu)成流體管內(nèi)層流流動過程。02管內(nèi)紊流換熱的計算管內(nèi)強迫對流換熱

工程中常用的管內(nèi)紊流換熱平均對流換熱系數(shù)的準(zhǔn)則方程式適用于Re=104~1.2×105，Pr=0.7~120的流體，流體與壁面小溫差：氣體小于50℃、水小于20~30℃、油類小于10℃。流體被加熱n=0.4，流體被冷卻n=0.3。管內(nèi)強迫對流換熱

CL為考慮入口段對平均對流換熱系數(shù)增大影響的入口效應(yīng)修正系數(shù)。若是L/d≥60的長管，入口段對整個管子平均對流換熱系數(shù)的影響不大，可以不予考慮，取CL=1。但對于L/d<60的短管，入口段的影響就不能忽略，必須用大于1的系數(shù)CL加以修正。CL=1＋(d/L)0.7

管內(nèi)強迫對流換熱

Ct為大溫差時考慮邊界層內(nèi)溫度分布對對流換熱系數(shù)影響的溫度修正系數(shù)準(zhǔn)則方程式中，流體的物性按同一個定性溫度確定，這等于把流體的物性視為定值、流體視為等溫流，速度分布如圖中曲線1。但當(dāng)流體與壁面溫差較大時，邊界層中的溫度變化會導(dǎo)致物性參數(shù)明顯改變，尤其是粘度的改變將導(dǎo)致速度分布發(fā)生改變，從而影響到對流換熱系數(shù)α的大小。管內(nèi)強迫對流換熱反之，當(dāng)液體被加熱或氣體被冷卻時，速度分布將變?yōu)榍€3。當(dāng)管內(nèi)液體被冷卻或氣體被加熱時，從管中心到管壁，液體溫度沿徑向降低、氣體溫度沿徑向升高，因液體的粘性隨溫度降低而增大、氣體粘度隨溫度降低而降低，將導(dǎo)致管中心部分流速增加，管壁處流速降低，速度分布變?yōu)榍€2。管內(nèi)強迫對流換熱近壁處流速增加能使層流底層厚度變薄，熱阻變小，對流換熱系數(shù)增大。即液體被加熱時的對流換熱系數(shù)比液體被冷卻時要大；氣體則相反。因此，為了補償上述熱流方向不同的影響，用Ct加以修正。管內(nèi)強迫對流換熱

CR為考慮管道彎曲對對流換熱系數(shù)影響的彎管修正系數(shù)。當(dāng)流體在彎曲管道或螺旋管內(nèi)流動時，由于離心力的作用，形成了圖2.1-4所示的二次環(huán)流，加強了對流體的擾動和混合，使換熱增強。對于氣體CR=1+1.77de/R對于液體CR=1+10.3(de/R)3

繞流管束的對流換熱繞流管束的對流換熱流體流動方向與管的軸線方向相互垂直時的流動稱橫向流動。如風(fēng)吹過熱力管道、煙氣橫向沖刷過熱器和省煤器管束的對流換熱，都屬于流體橫掠圓管時的對流換熱。單管外流體強制對流換熱01管束外流體強制對流換熱02目

錄Content01單管外流體強制對流換熱繞流管束的對流換熱

當(dāng)流體沿與軸線垂直的方向流過管外時，流動情況如圖所示。圖中圓管迎著流體最前面的點稱為前滯止點。流體接觸管壁后，由于管本身的阻礙，流體被分成兩路沿管外壁繞流而過，在管面上形成邊界層。進(jìn)而會發(fā)生邊界層的分離。繞流管束的對流換熱從前滯止點φ=0°處開始，邊界層的厚度隨著φ角的增大而逐漸加厚，與流體流過大平壁時相似。φ從0°至90°，邊界層外流速增大、壓力降低(順壓)，此點與流體流過大平壁時不同，流體動能足以克服流動的阻力，流體能貼壁向前流動。φ從90°至180°，邊界層外流速減小、壓力增大(逆壓)，某個φ處，近壁處流體動能已全部耗盡，以致在前后壓差的作用下，出現(xiàn)流體的停滯和倒流而形成漩渦現(xiàn)象，即邊界層脫離壁面。繞流管束的對流換熱

流體橫掠管面的流動特征對對流換熱有著很大影響。雖然局部換熱系數(shù)是變化的，但在工程計算中，一般只求管面平均對流換熱系數(shù)。常用的準(zhǔn)則關(guān)系式的形式為02管束外流體強制對流換熱繞流管束的對流換熱工程上所遇到的多是流體橫掠管束的對流換熱。過熱器、省煤器等都由管束組成，橫向掠過管束時，流動將受到各排管子的連續(xù)干擾，因而遠(yuǎn)比橫掠單管時復(fù)雜。此時，考慮管子排數(shù)、管束排列方式、管子間距及管子外徑等幾何因素對換熱的影響。繞流管束的對流換熱

1.管束排列方式的影響叉排順排排列方式順排時后排管子的前部直接位于前排管子的尾流之中，部分管面沒有受到來流的直接沖刷繞流管束的對流換熱

1.管束排列方式的影響叉排順排排列方式叉排管束來說，各排管子不但均受到前排管子間來流的直接沖刷，而且流體流動速度和方向不斷改變，增強了流體的混合和擾動。繞流管束的對流換熱結(jié)論：在相同的Re數(shù)及管束排數(shù)下，叉排管束的平均對流換熱系數(shù)一般比順排時高。而叉排的阻力損失比順排大。繞流管束的對流換熱

1.流體繞流沖刷方式的影響縱向沖刷橫向沖刷沖刷方式斜向沖刷繞流管束的對流換熱橫向沖刷邊界層薄并存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的旋渦，增強了流體的擾動，換熱強。斜向沖刷如同繞流橢圓管，周長增大，正對來流的沖擊減弱，且漩渦區(qū)域縮小，所以換熱系數(shù)降低?？v向沖刷相當(dāng)于外掠平板的流動，邊界層較厚。繞流管束的對流換熱

3.流動方向上管子排數(shù)的影響對第一排管子來說，其換熱情況與流體橫掠單管管面時情況相近，但后面幾排管子的情況就不同了。由于受前排管子的影響，后排管子附近流體的擾動逐排增加，使換熱系數(shù)逐排增大，。當(dāng)流體流過幾排管束后，擾動基本穩(wěn)定，對流換熱系數(shù)也幾乎不再變化。繞流管束的對流換熱

4.相對節(jié)距的影響無論哪種排列方式，管間距(橫向節(jié)距sl和縱向節(jié)距s2)對流動和換熱都有影響。由于流體在管間的流動截面交替地增加和減小，使流體在管間交替地減速和加速。管間距的大小影響流體流動截面的變化程度和流體加速與減速的程度，必然也會影響到對流換熱。繞流管束的對流換熱

流體橫掠管束的平均對流換熱系數(shù)可按如下的準(zhǔn)則方程式計算定性溫度除Prw取壁溫tw外，其余都用管束間的流體平均溫度tf，特征尺度取管外徑d，Ref，max中的流速取流體的最大流速，Cz為管束排數(shù)修正系數(shù)，Cψ為流體斜向沖刷管束時的修正系數(shù)。自然對流換熱自然對流換熱當(dāng)流體與溫度不同的壁面直接接觸時，壁面附近的流體溫度會產(chǎn)生變化，并進(jìn)而引起密度變化。流體在密度變化形成的浮升力的驅(qū)動下，沿壁面流動，這種流動稱為自然對流。流體由于自然對流而產(chǎn)生的換熱稱為自然對流換熱。流體自然對流換熱邊界層的特點01自然對流換熱分析02目

錄Content01流體自然對流換熱邊界層的特點自然對流換熱與流體所處的空間大小直接有關(guān)。如果空間很大，壁面上邊界層的形成和發(fā)展不因空間的限制而受到干擾，這樣的空間稱為大空間。大空間自然對流換熱是一種較為普遍的熱量傳遞現(xiàn)象。如鍋爐爐墻、蒸汽管道、加熱器表面、輸電導(dǎo)線、變壓器等的散熱都屬于大空間自然對流換熱。自然對流換熱如果流體的自然對流被約束在封閉的夾層中發(fā)生相互干擾，這樣的空間稱為有限空間。如雙層玻璃的空氣層、平板式太陽能集熱器的空氣夾層等的散熱，均屬于有限空間的自然對流換熱。自然對流換熱自然對流換熱

大空間自然對流流動分析自然對流換熱緊靠壁面的一個薄層內(nèi)流體因受熱而密度減小，受浮升力的作用沿壁面自下而上運動，這一薄層就是熱邊界層。在熱邊界層內(nèi)，流體的流動狀態(tài)影響著其對流換熱情況。在壁面的下端，浮升力的作用較弱，由于粘性力的作用，邊界層內(nèi)的流動是層流狀態(tài)。隨著高度的增加，層流邊界層厚度逐漸增加，對流換熱熱阻增加，對流換熱系數(shù)αx逐漸減小。達(dá)到一定高度后，浮升力的影響超過粘性力，層流邊界層逐漸向紊流邊界層過渡，邊界層內(nèi)流體的摻混作用使αx增加。紊流邊界層穩(wěn)定后，αx基本上不再變化。02自然對流換熱分析自然對流換熱

大空間自然對流換熱方程式：Nu=C(Gr·Pr)n式中，定性溫度為流體與壁面的平均溫度。常數(shù)C和n由實驗確定，數(shù)值列于熱工手冊中，下頁表格給出了幾種典型情況的C和n。自然對流換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。自然對流換熱1、室內(nèi)暖氣片