熱設計的基礎理論
? 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) 在夾層內冷熱壁的兩股流道邊界層能夠相互結合，形成環流；
(2) 夾層厚度δ與高度之比δ/h>0.3時，冷熱的自然對流邊界層不會相互干擾，也不會出現環流，可按大空間自然對流換熱計算方法分別計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，通過夾層的熱量可按純導熱過程計算。
? 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，冷熱面之間無流動發生，按導熱計算；
(2) 熱面朝下，對氣體Gr.Pr<1700,按導熱計算；
(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 )
? 流體受迫流動換熱
? 管內受迫流動換熱
管內受迫流動的特征表現為：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：流體從進入管口開始需經歷一段距離后管兩側的邊界層才能夠在管中心匯合，這時管斷面流速分布及流動狀態才達到定型。這段距離稱為入口段。入口段管內流動換熱系數是不穩定的，所以計算平均對流換熱系數應對入口段進行修正。在紊流時，如果管長與管內徑之比L/d>50則可忽略入口效應，實際上多屬于此類情況。
管內受迫層流換熱準則式：
Nu=0.15Re0.33 Pr0.43Gr0.1(Pr/Prw)0.25
管內受迫紊流換熱準則式：
tw>tf Nu=0.023Re0.8 Pr0.4.
tw<tf Nu=0.023Re0.8 Pr0.3
? 流體動力學基礎
? 流量與斷面平均流速
流量：單位時間內流過過流斷面的流體數量。如數量以體積衡量稱為體積流量Q；單位為m3/s(CFM)；如數量用重量衡量稱為重量流量G，單位為Kg/s。二者的關系為：
G=γQ
斷面平均流速：由于流體的粘性，過流斷面上各點的流速分布不均勻，根據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，應符號R表示，單位M。
? 恒定流連續性方程
對不可壓縮流體：V1A1=V2A2.
對可壓縮流體 ： ρ1V1A1=ρ1V2A2
? 流體動力學基礎
? 恒定流能量方程
對理想流體：Z＋p/γ+v2/2g=常數
實際流體:由于粘性作為會引起流動阻力，流體阻力與流體流動方向相反作負功，使流體的總能量不斷衰減，每個斷面的Z＋p/y+v2/2g≠常數，假設流體從斷面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
? 流體動力學基礎
? 流體流動的阻力:由于流體的粘性和固體邊界的影響，使流體在流動過程中受到阻力，這個阻力稱為流動阻力，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域，如斷面突然擴大或突然縮小、彎頭等局部位置，是流體的流體狀態發生急劇變化而產生的流動阻力。
? 層流、紊流與雷諾數
層流：流體質點互不混雜，有規則的層流運動。
Re=Vde/ν<2300 層流
紊流：流體質點相互混雜，無規則的紊流運動。
顯然層流狀態下只存在粘性引起的摩檫阻力，而紊流狀態下除摩檫阻力外還存在由于質點相互碰撞、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
? 流體動力學基礎
? 管內層流沿程阻力計算(達西公式)
hf=λ(L/de)(ρV2/2)
λ－沿程阻力系數，λ＝64/Re
? 管內紊流沿程阻力計算
hf=λ(L/de)(ρV2/2)
λ＝f(Re，ε/d)，即紊流時沿程阻力系數不僅與雷諾數有關，還與相對粗糟度ε有關。 尼古拉茲采用人工粗糟管進行試驗得出了沿程阻力系數的經驗公式：
紊流光滑區：4000<Re<105, λ采用布拉修斯公式計算：
λ＝0.3164/Re 0.25
? 流體動力學基礎
? 非園管道沿程阻力的計算
引入當量水力半徑后所有園管的計算方法與公式均可適用非園管，只需把園管直徑換成當量水力直徑。
de=4A/x
? 局部阻力
hj＝ξρV2/2
ξ－局部阻力系數
突然擴大： 按小面積流速計算的局部阻力系數：ζ1＝(1-A1/A2)
按大面積流速計算的局部阻力系數：ζ2＝(1-A2/A1)
突然縮小： 可從相關的資料中查閱經驗值。
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