2）实验关联式（管排数 16n ） ，见表 6-7~6-8

3 ）管排修正（ 16n 时） ' nh h

3 、横掠管束换热实验关联式1 ）见图 6-13 ， 6-14 注意图中尺寸，且分顺排、叉排

2 、流体外掠球体的换热实验关联式 （ 6-30 ）

n 见表 6-9

横掠管束

§6-5 大空间与有限空间内自然对流传热 的实验关联式

•不依靠泵与风机等外力推动由流体自身温度场的不均匀所引起的流动称为自然对流

自然对流是流场温度分布不均匀导致的密度不均匀分

布，在浮升力的作用下产生的流体运动过程。 自然对流换热则是流体与固体壁面之间因温度不同引起的自然对流时发生的热量交换过程。

（ 1 ）竖板（竖管） （ 3 ）水平板 （ 2 ）水平管 （ 4 ）竖直夹层 （ 5 ）横圆管内侧

一、自然对流的流动特征热竖壁为例：

1 、温度和速度分布温度不均 → 密度不均 → 速度分布

2 、自然对流的边界层及换热特征 （ 1 ）层流 → 过渡区 → 紊流（ 2 ） ~xh x

3 、自然对流的边界层可用干涉仪直观的观察、研究。

4 、自然对流换热的分类（ 1 ）大空间自然对流换热（底部封闭： 0.28a H

底部开口： 0.01b H （ 2 ）有限空间自然对流换热 如图 6-15

P264 图 6-15

§6-5 大空间与有限空间自然对流换热的实验关联式

准则方程式： ( Pr)

n

m mNu C Gr （ 6-37 ） 式中 C 、 n 查表（ 6-10 ）

2 30

20

V Vg tl u g tlGr

u

ν ν ν—— 格拉晓夫准则 （ 6-34 ）

—— 体积膨胀系数（ 1K ）， 理想气体有 1

T

定性温度： 2

wm

t tt

特征长度： lH

l

竖壁或竖圆柱的高度 d 水平放置圆柱（横圆柱）的外径

水平壁的长度 使用范围： Gr 决定量见表 6-10

1 、给定常壁温 wt用式（ 6-37 ）式中 C 、 n 查表 6-10 说明：（ 1 ）竖圆柱

1 4

35

H

d

H Gr

限制 d 不能相对太细， 否则边界层与直径相比不能忽视！

（ 2 ）液体换热温差大时，用式 Pr n

Nu C Gr ψ

2 、给定常热流密度 qwt 未知 → t 未知

引入新的准则数 4

2r

g qlG GrNu

ν

准则方程 Pr mNu B Gr

（ 6-38 ）

wt t t Gr

物性修正因子

（ 6-43 ）

（ 6-44 ）

（ 1 ）平板的 B 、 m 见表 （ 6-11 ）

（ 2 ）对于竖壁（层流局部值关联式）

1 50.6 Prx xNu Gr （ 5-84 ）

使用范围： 5 1110 10xGr

∵ wt 未知，试算（迭代）：

设 0 1*w w

qt Gr Nu h t t

h

三、有限空间自然对流换热的实验关联式1 、准则方程一般形式

Prm

n HNu c Gr

这里： 3

2

g tGr

νh

Nu

特征长度：

定性温度： 1 2 1

2 273w w

mm

t tt

t

，

1 2w wt t t

2 、实验关联式

（ 1 ）竖空气夹层（常壁温）

1 91 4

0.197 PrH

Nu Gr

（ 6-46a ）

适用范围： 3 58.6 10 ~ 2.9 10Gr

11 ~ 42H

1 9

1 30.073 Pr

HNu Gr

（ 6-46b ）

适用范围： 5 72.9 10 ~1.6 10Gr

11 ~ 42H

（ 2 ）水平空气夹层（常壁温） 1 40.212 PrNu Gr （ 6-47a ）

适用范围： 4 51 10 ~ 4.6 10Gr

与 H 无关

1 30.061 PrNu Gr （ 6-47b ）

适用范围： 54.6 10Gr

•自学：例题 6-6~6-8

对流换热计算的一般步骤：

1 、首先判断是哪一类换热；（强制对流 or 自然对流？圆管 or 平板？管内 or 管外？横掠 or 纵掠？）

2 、正确选定定性温度和特征尺寸、特征流速；

3 、判断流动的状态， （计算 Re 准则数）；

4 、计算已定准则数，根据范围确定具体关联式；并计算出最终结果：计算 Nu→h →q 。

作业 6-13 6-34 （单管）

 1 、对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热 ?

2 、其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大，为什么？

3 、在地球表面某实验室内设计的自然对流换热实验，到太空中是否仍然有效，为什么？

4 、在对流温度差大小相同的条件下 , 在夏季和冬季 ,屋顶天花板内表面的对流放热系数是否相同 ? 为什么 ?