【文章內(nèi)容簡介】 amp。 Engineering 2022/8/24 28 當 雷諾數(shù) 時 ， 流動邊界層為層流流動 ， 其換熱計算的準則關(guān)系式如下： 5105Re ??? ? ?xu局部換熱系數(shù)計算式 PrRe3 3 ?xNu平均換熱系數(shù)計算式 PrRe6 6 ?xNu當雷諾數(shù) 時，流動邊界層流動變?yōu)槲闪髁鲃樱绻麑⒄麄€平板都視為紊流狀態(tài)，其換熱計算的準則關(guān)系式如下： 5105Re ??? ? ?xu局部換熱系數(shù)計算式 3180 PrRe0 2 。?xNu平均換熱系數(shù)計算式 3180 。?xNu華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 29 實際上流體流過平板時都是逐步從層流過渡到紊流的 ， 因而計算整個平板的換熱時 ， 必須將前面一段按照層流計算 ， 而后面一段按照紊流計算 。 于是綜合計算關(guān)系式應(yīng)為 ， ? ?? ? cc xxxxNu ???以上準則關(guān)系式中的無量綱準則的特征尺寸為 x， 表示平板前沿的 x=0到平板 x處的距離 ， 如果計算整個平板的換熱 ， 則 特征尺寸 x=L； 特征流速 為 u∞；而 定性溫度 為 ? ? 2??? ttt wm華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 30 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 31 例題 溫度 20℃ 的空氣 ， 以 10 m/s的速度流過平板 ，分別確定從平板前緣算起 ， 進入過渡區(qū) （ Re1=2?105）和進入紊流區(qū) （ Re2=5?105） 的距離 。 [解 ] 查出 20℃ 時空氣的運動粘度為 ?=?106 m2/s 假設(shè)進入過渡區(qū)的距離為 L1， 由雷諾數(shù) Re1=uL1/ ? =2?105, 計算出 L1=； 假設(shè)進入紊流區(qū)的距離為 L2, 由雷諾數(shù) Re2= uL2/ ? =5?105, 計算出 L2=。 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 32 流體橫掠單管流動除了具有邊界層特征外 ， 還要發(fā)生繞流脫體 ， 而產(chǎn)生回流 、 旋渦和渦束 。 2 流體橫向掠過圓柱體 (單管 )時的換熱計算 下面定性說明繞流脫體現(xiàn)象 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 33 流體繞掠圓管時，沿程壓力發(fā)生變化。大約在圓管的前半部，壓力遞降，而在后半部壓力又回升。 考察壓力升高條件下邊界層的流動特征，發(fā)現(xiàn)它與外掠平板的邊界流動不同：在邊界層內(nèi)流體靠本身的動量克服壓力增長而向前流動，速度分布趨于平緩。 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 34 近壁面的流體層由于動量不大，在克服上升的壓力時顯得越來越困難，終于會出現(xiàn)壁面處速度梯度變?yōu)?0的局面。隨后產(chǎn)生與原流動方向相反的回流，這一轉(zhuǎn)折點稱為繞流脫體的起點（或稱分離點）。 從此點起邊界層內(nèi)緣脫離壁面，如圖中虛線所示，故稱脫體。 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 35 繞流圓柱的流動當 Re10時流動不會發(fā)生分離現(xiàn)象；當 10≤Re≤105時流動分離點在 80186?！堞?≤85186。之間；而當 Re105時流動分離點在 φ=140186。處 。 雷諾數(shù)為 ， 式中， u∞為來流速度， d為圓柱體外直徑。 ?du ??Re脫體起點位置取決于 Re數(shù) 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 36 邊界層的成長和脫體決定了外掠圓管換熱的特征 。 右圖是恒定熱流壁面局部 Nu數(shù)隨角度φ的變化 。 這些曲線在 φ=0186。 80186。左右的遞降 ， 是由于層流邊界層不斷增厚的緣故 。 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 37 低 Re數(shù)時 ， 回升點反映了繞流脫體的起點 ，這是由于脫體區(qū)的擾動強化了換熱 。 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 38 高 Re數(shù)時 ， 第一次回升是由于邊界層從層流變?yōu)橥牧?；第二次回升約在 φ=140186。處 ，是由于脫體的緣故 。 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 39 通過上述對流體掠過圓柱體外表面的局部Nu數(shù)的分析 ， 對認識外掠流動換熱的特性非常有幫助 ， 但對于一般工程而言 ， 人們所關(guān)心的還是整個圓柱體的平均換熱系數(shù) 。 PrPrPrRe ?????????wfmncNu對于流體擾流圓柱體的平均 Nu數(shù) ， 有多種準則關(guān)系式 ， 例如茹卡烏斯卡斯的準則關(guān)系式 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 40 PrPrPrRe ?????????wfmncNu相關(guān)常數(shù)見表 51；特征流速取來流速度；特征尺寸取圓柱體外直徑 d；定性溫度除 Prw按壁面溫度 tw取值之外皆用流體的平均溫度 tf ； 5PrPrfw??????是在選用 tf為定性溫度時考慮熱流方向不同對換熱性能產(chǎn)生影響的一個修正系數(shù) 。 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab of Thermal Science amp。 Engineering 2022/8/24 41 如果流體流動方向與圓柱體軸線的夾角 （ 亦稱沖擊角 ） 在 30186。 90186。的范圍內(nèi)時 ， 平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按下式計算 ? ?290 1 0. 54 c oshh?? ??? ?＝氣流方向 β 管子方向 夾角越小 ， 對應(yīng)的平均換熱系數(shù)也越小 。 華中科技大學熱科學與工程實驗室 HUST Lab o