圆管自然对流计算和模拟.docx
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水平管和竖直管自然对流计算汇总1. 计算工况表7-一-、、_温度工况计算结果 ......100 °C150 C200 C250 C300 C传热系数hW/Cn2 - K )水平管7.9589.11510.04510.80311.527竖直管4.7155.3695.8996.3356.754换热量0水平管75.962141.388215.734296.472385.128W竖直管45.00883.390126.703173.860225.649最大速度umax水平管0.4760.5370.5850.6970.736m/s竖直管0.8401.0501.1801.2901.3902. 变化曲线图11109865D2ioor i5or 2oo r 25or 3oor壁温(°c)水平管 竖肓管^..s1—^.sggigIsod sod Mood wsrf woodm&a(0C)■hs.^•I>tffiBfiFC)圆管自然对流的计算和数值模拟已知条件如图 1 所示：将一圆管分别水平放置和垂直放置在大空间中进行自 然对流换热，圆管外径D = 38mm，长度L = 1000mm，空气温度T二20 C，恒壁温条件T = 100,150,200,250,300 C，求解自然对流换热系数和换热量以及对流换 w热时的空气最大速度。
图1一、数值计算1. 自然对流换热系数和换热量的计算1) 圆管水平放置计算以壁温T = 100°C为例，计算过程如下：w特征长度： D =0.038m；定性温度 t =(t +1 )/2 = (100+20),2 = 60 C ；m w g ' 1查空气物性：X = 0.029W (m- K) ； v =20.1 x10-6 m2；s ； Pr = 0.696 空气的体积膨胀系数：« = 1/(t + 273)= 1/(60+273)= 1/333K-1v ■ m '格拉晓夫数Gr:Gr =ga (t — t )D3 9.8 x1/ 333 x(100 — 20)x 0.0383v w g = v 2 (20.1x10-6)2=3.2x105大空间自然对流的实验关联式为：Nu = C(Gr Pr)n (1-1)根据计算的格拉晓夫数Gr选择合适的常数C和n (表1)：表1式(1-1)中的常数C和n加热表面形 流动情况示 流态 系数C和指数 Gr数适用范围状与位置意图横圆官过渡流nCn层流湍流0.481/4104〜5.76X1080.04450.375.76X 108〜4.65X1090.101/3>4.65X109由式(1-1)和表 1 可得：Nu = 0.48 x(Gr Pr>/4=0.48x(3.2x 105 x0.696)/4 =10.428h 七== 7.958W )故水平圆官换热量：O=hA(t -1 ) = 7.958x3.14x0.038x1x(100-20)= 75.962Ww g按照以上相同的步骤，在给定恒壁温100,150,200,250,300°C的情况下，可以计算出相应的自然对流的换热系数和换热量，计算结果列于表2中：表 2 水平官计算工况表温度工况150 C200 C250 C300 C计算参数ioo Ch , W\ (m 2 - K )7.9589.11510.04510.80311.5270 , W75.962141.388215.734296.472385.1282) 圆官垂直放置计算以壁温T = 100C为例，计算过程如下：w特征长度： H = 1m定性温度 t =(t +1 )」2 = (100+20》2 = 60 C ；m w g ' '查空气物性：九=0.029W''(m- K) ； v =20.1 x 10-6 ms ； Pr = 0.696空气的体积膨胀系数：« = 1,(t + 273)= 1/(60+273)= 1/333K-1v ■ m '格拉晓夫数Gr:ga (t -1 )L 9.8 x 1/333 x(100 - 20)x13Gr = v—w gv220.1x10-6)2= 5.83x109对于竖圆柱按照竖壁同用一个关联式必须满足：d 35 乍H Gri/4H经验算，并不满足情况，应该按照文献【杨世铭. 细长竖圆柱外及竖圆管内 自然对流传热】中的关联式进行计算。
表 3 竖圆柱自然对流关联式加热表面形状与位置流动情况示意图关联式适用条件竖圆管( D A-0.79Nu / Ra1/4 = 0.85 Ram —I H丿0.0006VRa1/4 • D <0.1H( D )-1Nu / Ra1/4 = 0.59 + 0.52 Ra1/4 •一I H丿0.1
