多年以来,发展了多个计算单相强迫对流换热的半经验关系式,其中形式较为简单且应用最为广泛的是Dittus-Boelter关系式:
式中,定性温度为流体平均温度Tf,管子的直径D为特征长度,加热流体时n=0.4,冷却流体时n=0.3。该关系式的适用范围为:2 500≤ReD≤1.24×105,0.7≤Pr≤120,L/D(管长/内径)≥60。流体与壁面具有中等以下膜温差(对气体不超过50℃;对水不超过20~30℃;油类不超过10℃)。式中包括NuD,ReD,Pr等所有涉及的物性参数都采用体积平均温度Tm下的值。该关系式预测值与实验测量值的最大误差为40%。
当温度对物性影响较大的情况,推荐采用Sieder-Tate公式:
该式的使用范围为0.7≤Pr≤16 700,ReD≥104。除了μw外,所有物性参数根据体积平均温度Tm下的值确定。μw采用壁面温度来确定其黏性系数。
Gnielinski公式是迄今为止计算管内湍流单相强制对流传热系数精度最高的一个关联式,它所依据的文献中的800多个实验数据,其中有90%的数据和关联式的偏差都在±10%以内。该公式表述为:
其中fp为Filonenko阻力系数:(www.daowen.com)
该公式的应用范围为0.5≤Pr≤106,2 300≤ReD≤5×106。
对于液态金属,最精确的公式是Notter-Sleicher公式:
该公式适用范围为0.004≤Pr≤0.1,104≤ReD≤106。该公式为基于实验的经验关联式,式中所有物性都是基于Tm下的值。
由于传热的关系,其断面平均温度Tm(x)沿轴向是不断变化的,在壁面热流恒定时,该关系为线性值。有时为了简化,可以采用管段的平均温度Tm作为定性温度:
如果通道的横截面不是圆形的,则在应用以上各式时,其中的特征尺寸要用当量直径来代替。
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