熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論
? 自然對流換熱
? 大空間的自然對流換熱
          Nu=C(Gr.Pr)n.
                 定性溫度： tm=(tf+tw)/2
                定型尺寸按及指數(shù)按下表選取
? 自然對流換熱
?  有限空間的自然對流換熱
      垂直封閉夾層的自然對流換熱問題分為三種情況：
        (1) 在夾層內(nèi)冷熱壁的兩股流道邊界層能夠相互結(jié)合，形成環(huán)流；
        (2) 夾層厚度δ與高度之比δ/h>0.3時(shí)，冷熱的自然對流邊界層不會(huì)相互干擾，也不會(huì)出現(xiàn)環(huán)流，可按大空間自然對流換熱計(jì)算方法分別計(jì)算冷熱的自然對流換熱；
        (3) 冷熱壁溫差及厚度均較小，以厚度為定型尺寸的Gr=(Bg△t δ3)/υ3<2000時(shí)，通過夾層的熱量可按純導(dǎo)熱過程計(jì)算。
? 自然對流換熱
?  有限空間的自然對流換熱
   水平夾層的自然對流換熱問題分為三種情況：
   (1) 熱面朝上，冷熱面之間無流動(dòng)發(fā)生，按導(dǎo)熱計(jì)算；
   (2) 熱面朝下，對氣體Gr.Pr<1700,按導(dǎo)熱計(jì)算；
   (3) 有限空間的自然對流換熱方程式：
               Nu=C(Gr.Pr)m(δ/h)n
            定型尺寸為厚度δ，定性溫度為冷熱壁面的平均溫度Tm=(tw1+tw2  )
? 流體受迫流動(dòng)換熱
?  管內(nèi)受迫流動(dòng)換熱
        管內(nèi)受迫流動(dòng)的特征表現(xiàn)為：流體流速、管子入口段及溫度場等因素對換熱的影響。
        入口段：流體從進(jìn)入管口開始需經(jīng)歷一段距離后管兩側(cè)的邊界層才能夠在管中心匯合，這時(shí)管斷面流速分布及流動(dòng)狀態(tài)才達(dá)到定型。這段距離稱為入口段。入口段管內(nèi)流動(dòng)換熱系數(shù)是不穩(wěn)定的，所以計(jì)算平均對流換熱系數(shù)應(yīng)對入口段進(jìn)行修正。在紊流時(shí)，如果管長與管內(nèi)徑之比L/d>50則可忽略入口效應(yīng)，實(shí)際上多屬于此類情況。
   管內(nèi)受迫層流換熱準(zhǔn)則式：
         Nu=0.15Re0.33 Pr0.43Gr0.1(Pr/Prw)0.25  
       管內(nèi)受迫紊流換熱準(zhǔn)則式：
           tw>tf      Nu=0.023Re0.8 Pr0.4.
            tw<tf      Nu=0.023Re0.8 Pr0.3
? 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
? 流量與斷面平均流速
       流量：單位時(shí)間內(nèi)流過過流斷面的流體數(shù)量。如數(shù)量以體積衡量稱為體積流量Q；單位為m3/s(CFM)；如數(shù)量用重量衡量稱為重量流量G，單位為Kg/s。二者的關(guān)系為：
                           G=γQ
      斷面平均流速：由于流體的粘性，過流斷面上各點(diǎn)的流速分布不均勻，根據(jù)流量相等原則所確定的均勻流速稱為斷面平均流速。單位m/s(CFM)
                      V＝Q/A
? 濕周與水力半徑
        濕周：過流斷面上流體與固體壁面相接觸的周界長度。用x表示，單位m。
        水力半徑：總流過過流斷面面積A與濕周x之比稱為水力半徑，應(yīng)符號R表示，單位M。     
? 恒定流連續(xù)性方程
       對不可壓縮流體：V1A1=V2A2.
       對可壓縮流體 ：  ρ1V1A1=ρ1V2A2
? 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
? 恒定流能量方程
        對理想流體：Z＋p/γ+v2/2g=常數(shù)
        實(shí)際流體:由于粘性作為會(huì)引起流動(dòng)阻力，流體阻力與流體流動(dòng)方向相反作負(fù)功，使流體的總能量不斷衰減，每個(gè)斷面的Z＋p/y+v2/2g≠常數(shù)，假設(shè)流體從斷面1到斷面2的能量損失為hw，則元流的能量方程式為：
                   Z1＋p1/γ+v12/2g＝Z2＋p2/γ+v22/2g＋hw
? 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
? 流體流動(dòng)的阻力:由于流體的粘性和固體邊界的影響，使流體在流動(dòng)過程中受到阻力，這個(gè)阻力稱為流動(dòng)阻力，可分為沿程阻力和局部阻力兩種。
         沿程阻力：在邊界沿程不變的區(qū)域，流體沿全部流程的摩檫阻力。
         局部阻力：在邊界急劇變化的區(qū)域，如斷面突然擴(kuò)大或突然縮小、彎頭等局部位置，是流體的流體狀態(tài)發(fā)生急劇變化而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。
? 層流、紊流與雷諾數(shù)
       層流：流體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，有規(guī)則的層流運(yùn)動(dòng)。
                   Re=Vde/ν<2300       層流
      紊流：流體質(zhì)點(diǎn)相互混雜，無規(guī)則的紊流運(yùn)動(dòng)。
      顯然層流狀態(tài)下只存在粘性引起的摩檫阻力，而紊流狀態(tài)下除摩檫阻力外還存在由于質(zhì)點(diǎn)相互碰撞、混雜所造成的慣性阻力，因此紊流的阻力較層流阻力大的多。
                  Re=Vde/ν<2300       紊流
? 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
? 管內(nèi)層流沿程阻力計(jì)算(達(dá)西公式)
        hf=λ(L/de)(ρV2/2)
          λ－沿程阻力系數(shù)，λ＝64/Re
?  管內(nèi)紊流沿程阻力計(jì)算
        hf=λ(L/de)(ρV2/2)
          λ＝f(Re，ε/d)，即紊流時(shí)沿程阻力系數(shù)不僅與雷諾數(shù)有關(guān)，還與相對粗糟度ε有關(guān)。      尼古拉茲采用人工粗糟管進(jìn)行試驗(yàn)得出了沿程阻力系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：
       紊流光滑區(qū)：4000<Re<105,    λ采用布拉修斯公式計(jì)算：
              λ＝0.3164/Re 0.25
? 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
? 非園管道沿程阻力的計(jì)算
        引入當(dāng)量水力半徑后所有園管的計(jì)算方法與公式均可適用非園管，只需把園管直徑換成當(dāng)量水力直徑。
         de=4A/x
? 局部阻力
             hj＝ξρV2/2
            ξ－局部阻力系數(shù)
               突然擴(kuò)大： 按小面積流速計(jì)算的局部阻力系數(shù)：ζ1＝(1-A1/A2)
                                   按大面積流速計(jì)算的局部阻力系數(shù)：ζ2＝(1-A2/A1)
               突然縮小：  可從相關(guān)的資料中查閱經(jīng)驗(yàn)值。

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