管内单项对流换热.pptx
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1、综述:综述:管管内内对对流流换换热热过过程程广广泛泛存存在在于于化化工工、动动力力、制制冷冷及及太太阳阳能能热热利利用用等等工工程程技技术术领领域域的的各各种种热热交交换换设设备备中中,是是一一个个传传热热温温差差和和流流体体流流动动阻阻力力并并存存且且相相互互影影响响的的传传热热过程。过程。边界层理论边界层理论场协同理论场协同理论有效能有效能分析分析脉动分析脉动分析定义:边界层是由于流体的黏滞性,在紧靠其边界壁面附近,流速较势流流速急剧减小,形成的流速梯度很大的薄层流体,又称为流动边界层.对于强制对流,若忽略自然对流的影响,其一般对于强制对流,若忽略自然对流的影响,其一般准则数关系式为准则数
2、关系式为:Nu=(Re,Pr)Nu=(Re,Pr)在一定范围内,这个关系式可整理成如下形式在一定范围内,这个关系式可整理成如下形式:Nu=C*Rem*PrnNu=C*Rem*Prn针对静止坐标系下的流动换热问题,有学者从二维层流边界层能量方程出发,重新审视了热量输运的物理机制,把对流换热比拟成有内热源的导热过程,并指出热源强度不仅决定于流体的速度和物性,而且取决于流速和热流矢量的协同:流动的存在可能强化换热,也可能并无实质贡献甚至减弱换热,并以二维平板层流边界层问题为例提出了场协同理论,得到了 Nu数与温度梯度之间的关系,定义了表征速度场和温度场协同程度的场协同数Fc。场协同理论提出以来,对于
3、其在静止坐标系下的应用研究得到了广泛的关注和发展:把场协同理论的应用从层流拓展到湍流,提出采用多纵向涡强化管内对流换热的场协同强化方法;管内强化对流传热的场协同分析定义:有效能指的是动力设备对流体实际做功的那部分能量在管内对流换热中,流体因其不可逆性引起的流动摩擦阻力和温差传热,导致能量贬值,即有效能的损失。当有传热发生时,流体热物性随温度变化而改变,使得速度的分布发生一定程度的改变,速度的变化反作用到流体的传热在流体的热物性中,对温度的变化最为敏感,而在大多数情况下,黏性对传热过程的影响远大于其它物性的影响一般情况下,液体的黏性随温度升高而减小,气体则呈现与液体相反的趋势,使得管内速度分布发
4、生畸变,这必将对流动中的传热和压降特性产生重要影响。在热物性对有效能损失影响的研究中,目前对有效能的研究只是针对层流的情况。师晋生等针对壁面定热流加热的管内对流换热有效能损失进行了研究,分析了黏度等变化的影响。得到了4条适用于层流和紊流的规律性的结论。并得出了适用于层流和湍流的简单关系式,其反应了有效能损失与换热工况、流动状态、管长的关系。随着流体粘性变大,温差传热时管内液体近壁处流速增大,换热系数也增大,在热流不变的条件下,壁面温度与流体平均温度差将减小,实际温差传热有效能损失会减小,由流动引起的有效能损失更会减小。这是因为近壁处液体流阻系数减小,这样总的单位热容有效能损失将减小。对管内流动
5、,脉动流体进入管道进口时造成换热系数的影响,直接反映在速度发生周期性变化,以及流体的脉动幅值、频率的变化。通常的研究结果表明脉动流体会起到强化或弱化换热效果,胡玉生等通过数值模拟的方法对管内流体脉动流动的分析。取内径为 8mm、长度为 2m 的圆管,流动状态为层流,管壁采用恒壁温加热方式,管子进口处的速度变化为正弦周期性变化。假设(1)流体为不可压缩流体,物性为常数;(2)忽略重力的影响;(3)所有界面和接触表面不变形,液-固接触面为无滑移边界;(4)管子周向上的速度、温度和压力等的变化可略而不计(即简化成二维问题)。只取圆管轴心上面一侧作为研究对象,则将问题简化为二维、非稳态、常物性、轴对称
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