1、第八節(jié) 外部流動強(qiáng)制對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式,外部流動的定義：換熱壁面上的流動邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，不會受到鄰近壁面存在的限制。這樣的流動稱為外部流動。 因此，在外部流動中存在著一個邊界層以外的區(qū)域，在那里無論是速度梯度還是溫度梯度都可以忽略。 本節(jié)將分別介紹橫掠單圓管和管束的對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式。,橫掠單圓管時的流動特征,流體橫掠單圓管時是沿曲面流動， 因此沿流動方向其壓力梯度不斷地發(fā)生變化。 大約在圓管的前半部，壓力沿程降低，而在后半部壓力又沿程回升。 這樣主流速度也作相應(yīng)的變化：即前半部主流速度逐漸增加，后半部逐漸減小。 在沿程壓力增加的區(qū)域（即后半部），流體不能在壓力的推動下向前運動，

2、只能依靠本身動能克服壓力的增長而向前流動。 在靠近壁面處流體速度較小，動能小，不足以克服壓力的增長而向前流動。當(dāng)壁面某一點的速度變化率為零時，其后壁面附近的流體產(chǎn)生脫流現(xiàn)象。 這一點稱為繞流脫體的起點（或稱為分離點）。該點的位置取決于來流雷諾數(shù)的大小。 之后流體產(chǎn)生渦流。 演示：流體繞圓柱體的流動特征,橫掠單圓管的換熱特征,邊界層的成長和脫體決定了外掠圓管換熱的特征。 低雷諾數(shù)時，局部努塞爾數(shù)沿流動方向先減小再增加，而回升點反映了繞流脫體的起點，這是由于脫體區(qū)的擾動強(qiáng)化了換熱。 高雷諾數(shù)時，局部努塞爾數(shù)沿流動方向的變化更為復(fù)制，有兩個低點；第一次回升點是由于層流轉(zhuǎn)變成湍流的原因；第二次回升則是

3、由于脫體的緣故。 演示：流體外掠單圓管時局部努塞爾數(shù)的變化,流體橫掠單圓管時平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的實驗結(jié)果,橫掠單圓管換熱的實驗關(guān)聯(lián)式,在工程計算中多采用平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 此時的實驗關(guān)聯(lián)式為 式中，C及n的值見表55； 定性溫度：邊界層平均溫度 特征尺寸：管外徑； Re數(shù)中的特征速度為通道來流速度,表5-5 C 和 n 的值,橫掠單圓管換熱的實驗關(guān)聯(lián)式,對于橫掠單圓管，除了上述的實驗關(guān)聯(lián)式外，邱吉爾與朋斯登提出了在整個實驗范圍內(nèi)都可以適用的準(zhǔn)則方程 此式的定性溫度為邊界層平均溫度 定型尺寸為管外徑 適用條件為,橫掠非圓形截面的柱體或管道時對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式, 此時的實驗關(guān)聯(lián)式為 式中，C及n的

4、值見表56； 定性溫度：邊界層平均溫度 特征尺寸：l Re數(shù)中的特征速度為通道來流速度,表5-6 氣體橫掠幾種非圓形截面柱體計算式中的常數(shù),流體橫掠管束時的換熱換熱,管束的定義：按照一定規(guī)律有序排列的直徑大小相同的一組管子稱為管束。 管束排列的兩種方式 （1）叉排 （2）順排,流體橫掠管束的流動特征,換熱特征,流體橫掠管束時的對流換熱與橫掠單圓管不同。此時，除管徑影響對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)外，管間距、管排數(shù)和管子排列方式也會影響對流傳熱系數(shù)。 由于相鄰管子的影響，流體在管間的流動截面交替地增加和減小，所以流體的流動速度在管間也交替地增加和減小。 從第二排起，后排管子都處于前排管子的尾流中。在尾流渦旋的作用下，后排管子的對流傳熱系數(shù)比前排要高。且這種影響逐級增加，但到達(dá)一定的排數(shù)后，這種影響會趨于穩(wěn)定。 當(dāng)排數(shù)較少時，叉排時的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比順排要高；但當(dāng)排數(shù)較多時，順排的換熱強(qiáng)度有可能要高于叉排。,橫掠管束換熱的實驗關(guān)聯(lián)式,當(dāng)氣體橫掠10排以上的管束時，其平均對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可由下面的實驗關(guān)聯(lián)式計算 定性