理學(xué)對流換熱ppt課件(編輯修改稿)
2025-04-18 06:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)用范圍： Re 2300； 51. 86 101Ref???10 . 1 431 . 8 6 ( R e P r ) ( )wdNul???R e Pr 1 0dl ?特征尺寸：管內(nèi)徑 定性溫度： μ w 取壁溫，其余取流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值 （ 2）當(dāng) Gr 104時(shí)，自然對流影響不能忽略，由上式計(jì)算的 α 值應(yīng)乘以校正系數(shù) ( 1 )f G r?? 此時(shí)。仍可采用上述各關(guān)聯(lián)式計(jì)算，但需將特征尺寸由管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑 de， A：流體流動(dòng)截面積； Π ：潤濕周邊長度 4eAd ?? 與水平面呈一定傾角的兩平行平板間的換熱系數(shù)，對于太陽能 平板集熱器的性能來說相當(dāng)重要。對于平行平板有： hL/1/Nu ??即努塞爾數(shù)等于導(dǎo)熱熱阻與對流熱阻之比。 Nu=1時(shí)代表了純導(dǎo) 熱情況。 平板傾斜角在 0176。 75176。 范圍內(nèi)變化時(shí) Nu數(shù)和 Ra數(shù)的關(guān)系式 ?? ?????? ]1)5 8 3 0c o s[(]c o s1 7 0 8)( s i n1[]c o s1 7 0 81[ 3/ ????RaRaRa式中 “ +”指數(shù)表示方括號的值為正時(shí)，此項(xiàng)有意義，若方括號中 的值為負(fù)，則用零來代替。 研究太陽能空氣集熱器時(shí)，需要知道平行平板間流體做層流或紊 流流動(dòng)的對流換熱系數(shù)。平行平板間有一塊平板是絕熱的，另一 塊保持等熱流或等溫狀態(tài)，且平板間的層流邊界層和熱邊界層都 處于充分發(fā)展的系統(tǒng)，給出等熱流的 Nu=，等壁溫的 Nu=。 對于空氣，在一面加熱的平行板間作充分發(fā)展的紊流流動(dòng)時(shí)的換 熱公式為： 0 .80. 01 58 R eNu ?只要通道長度與水力直徑之比約為 10或更小，就必須考慮邊界層 的發(fā)展，因?yàn)樗鼘?dǎo)致 Nu數(shù)的增大。 設(shè)計(jì)太陽能集熱器的目標(biāo)之一，是設(shè)法減小通過覆蓋面的熱損失。 如在兩平行平板（其中一板受熱）組成的空間中，放入透明或鏡面 反射材料制成的蜂窩結(jié)構(gòu)來抑制流體的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)流體停止運(yùn)動(dòng)時(shí)， 兩板間的換熱只有通過導(dǎo)熱和輻射起作用。但在設(shè)計(jì)蜂窩時(shí)必須進(jìn) 行認(rèn)真的分析計(jì)算，若參數(shù)選得不得當(dāng)，不僅不起抑制作用，反而 會(huì)增加對流損失。 兩平行平板間加裝一些薄板條，它相當(dāng)于把大空間分成許多小空 間，并不真正形成蜂窩結(jié)構(gòu)。其努塞爾數(shù)為： ]1),[(m a xN LRaccu ?式中 c1和 c2可由縱橫比 Ω 得到。 為了評價(jià)采用薄板條抑制對流的效果，將加裝板條的 Nu與在同樣 設(shè)備上得到的沒有板條的公式相比較， },1)45[ co s ( ax {]1, ax [NuNu2121??? ?LLRaRacc只要流體運(yùn)動(dòng)沒有得到抑制（ Nu1），兩個(gè) Nu數(shù)之比就和 Ra數(shù)無關(guān)。 當(dāng)集熱器傾斜角為 45176。 ，只要縱橫比小于 （即 c1=,c2=） ，加了薄板條就能減小對流損失。 以上介紹了加薄板條抑制對流的情況。如在垂直方向上再加一 些薄板條，就可組成正方形或矩形的蜂窩結(jié)構(gòu)。其 Nu為： )s i (4)2 4 2 0)(90(co ?? ?????? Rau0 . 3 3~.20LD ???上式適用的范圍為： 0＜ Ra＜ 46000?30176。 ＜ β ＜ 90176。 此式也適用于六角形蜂窩結(jié)構(gòu)，只要把 D改為當(dāng)量水力直徑即可。 加蜂窩后的 Nu數(shù)宜保持為 。若空氣壓力為大氣壓，平均溫度 Tm范圍為 280370K，可從下式求得最佳縱橫比： 4/34/1212/1 ))(1 0 0()2 0 01)((1 LTTTTC mm???? ?式中 Ω —縱橫比， D/L； Tm —平均溫度，（ T1T2） /2。 T1 —熱面溫度； T2 —冷面溫度； L —壁間距； C（ β ） —傾斜角修正系數(shù)。 為了改進(jìn)太陽能集熱器吸收板的輻射性能，建議采用水平方向連 續(xù)起折形成的 V型槽式吸熱板，它和某些聚光型集熱器形狀相似。 V型槽結(jié)構(gòu)肯定能改進(jìn)輻射特性（多次反射，多次吸收可提高吸 收率），但至少部分增益會(huì)被對流損失的增加而抵消。這種型式 的吸熱板， Ra數(shù)和 Nu數(shù)的關(guān)系為： ]1),m a x [ (Nu ncR a?式中 c， n是傾斜角 β 和 V型槽的縱橫比 Ω′ （平均板間距和 V型 槽高度之比）的函數(shù)。 如何計(jì)算室外有風(fēng)情況下的平板熱損失，對于太陽能集熱器的 研究具有重要意思。在 Re數(shù)為 2 1049 104范圍內(nèi)： 3/12/1 ?特征長度為平板面積的四倍除以板周長。 在 ，對流換熱系數(shù)為： h=+ 上式既考慮自然對流又考慮輻射的影響。若只考慮純自然對流的 情況，則： h=+ 式中 V為風(fēng)速， m/s； h是換熱系數(shù)， W/(m2℃ ）。 （二）流體在管外強(qiáng)制對流傳熱 垂直流過單管、垂直流過管束（工業(yè)上多用） 、錯(cuò)列，如下圖 : 直列 錯(cuò)列 對第一排管子，無論是直列還是錯(cuò)列，流體流動(dòng)情況都相同。但從第二排開始，流體在錯(cuò)列管束間通過時(shí)受到阻攔，使湍動(dòng)增強(qiáng)，故錯(cuò)列式管束的對流傳熱系數(shù)大于直列式。 流體在管束外垂直流過的對流傳熱系數(shù)為： C、 ε 、 n 由實(shí)驗(yàn)確定，其值如下表。 使用范圍 ： Re = 5 1037 104， x1/d = ， x2/d = 特征尺寸 ：管外徑 d 特征溫度 ：取流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值 流速 u取流動(dòng)方向上最窄通道處的流速 0 . 4R e P rnN u C ??排數(shù) 直列 錯(cuò)列 C n ε n ε 1 x1/d = C=1+x1/
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