热设计的基础理论
自然对流换热
大空间的自然对流换热
Nu=C(Gr.Pr)n.
定性温度： tm=(tf+tw)/2
定型尺寸按及指数按下表选取
自然对流换热
有限空间的自然对流换热
垂直封闭夹层的自然对流换热问题分为三种情况：
(1) 在夹层内冷热壁的两股流道边界层能够相互结合，形成环流；
(2) 夹层厚度δ与高度之比δ/h>0.3时，冷热的自然对流边界层不会相互干扰，也不会出现环流，可按大空间自然对流换热计算方法分别计算冷热的自然对流换热；
(3) 冷热壁温差及厚度均较小，以厚度为定型尺寸的Gr=(Bg△t δ3)/υ3<2000时，通过夹层的热量可按纯导热过程计算。
自然对流换热
有限空间的自然对流换热
水平夹层的自然对流换热问题分为三种情况：
(1) 热面朝上，冷热面之间无流动发生，按导热计算；
(2) 热面朝下，对气体Gr.Pr<1700,按导热计算；
(3) 有限空间的自然对流换热方程式：
Nu=C(Gr.Pr)m(δ/h)n
定型尺寸为厚度δ，定性温度为冷热壁面的平均温度Tm=(tw1+tw2 )
流体受迫流动换热
管内受迫流动换热
管内受迫流动的特征表现为：流体流速、管子入口段及温度场等因素对换热的影响。
入口段：流体从进入管口开始需经历一段距离后管两侧的边界层才能够在管中心汇合，这时管断面流速分布及流动状态才达到定型。这段距离称为入口段。入口段管内流动换热系数是不稳定的，所以计算平均对流换热系数应对入口段进行修正。在紊流时，如果管长与管内径之比L/d>50则可忽略入口效应，实际上多属于此类情况。
管内受迫层流换热准则式：
Nu=0.15Re0.33 Pr0.43Gr0.1(Pr/Prw)0.25
管内受迫紊流换热准则式：
tw>tf Nu=0.023Re0.8 Pr0.4.
tw<tf Nu=0.023Re0.8 Pr0.3
流体动力学基础
流量与断面平均流速
流量：单位时间内流过过流断面的流体数量。如数量以体积衡量称为体积流量Q；单位为m3/s(CFM)；如数量用重量衡量称为重量流量G，单位为Kg/s。二者的关系为：
G=γQ
断面平均流速：由于流体的粘性，过流断面上各点的流速分布不均匀，根据流量相等原则所确定的均匀流速称为断面平均流速。单位m/s(CFM)
V＝Q/A
湿周与水力半径
湿周：过流断面上流体与固体壁面相接触的周界长度。用x表示，单位m。
水力半径：总流过过流断面面积A与湿周x之比称为水力半径，应符号R表示，单位M。
恒定流连续性方程
对不可压缩流体：V1A1=V2A2.
对可压缩流体 ： ρ1V1A1=ρ1V2A2
流体动力学基础
恒定流能量方程
对理想流体：Z＋p/γ+v2/2g=常数
实际流体:由于粘性作为会引起流动阻力，流体阻力与流体流动方向相反作负功，使流体的总能量不断衰减，每个断面的Z＋p/y+v2/2g≠常数，假设流体从断面1到断面2的能量损失为hw，则元流的能量方程式为：
Z1＋p1/γ+v12/2g＝Z2＋p2/γ+v22/2g＋hw
流体动力学基础
流体流动的阻力:由于流体的粘性和固体边界的影响，使流体在流动过程中受到阻力，这个阻力称为流动阻力，可分为沿程阻力和局部阻力两种。
沿程阻力：在边界沿程不变的区域，流体沿全部流程的摩檫阻力。
局部阻力：在边界急剧变化的区域，如断面突然扩大或突然缩小、弯头等局部位置，是流体的流体状态发生急剧变化而产生的流动阻力。
层流、紊流与雷诺数
层流：流体质点互不混杂，有规则的层流运动。
Re=Vde/ν<2300 层流
紊流：流体质点相互混杂，无规则的紊流运动。
显然层流状态下只存在粘性引起的摩檫阻力，而紊流状态下除摩檫阻力外还存在由于质点相互碰撞、混杂所造成的惯性阻力，因此紊流的阻力较层流阻力大的多。
Re=Vde/ν<2300 紊流
流体动力学基础
管内层流沿程阻力计算(达西公式)
hf=λ(L/de)(ρV2/2)
λ－沿程阻力系数，λ＝64/Re
管内紊流沿程阻力计算
hf=λ(L/de)(ρV2/2)
λ＝f(Re，ε/d)，即紊流时沿程阻力系数不仅与雷诺数有关，还与相对粗糟度ε有关。 尼古拉兹采用人工粗糟管进行试验得出了沿程阻力系数的经验公式：
紊流光滑区：4000<Re<105, λ采用布拉修斯公式计算：
λ＝0.3164/Re 0.25
流体动力学基础
非园管道沿程阻力的计算
引入当量水力半径后所有园管的计算方法与公式均可适用非园管，只需把园管直径换成当量水力直径。
de=4A/x
局部阻力
hj＝ξρV2/2
ξ－局部阻力系数
突然扩大： 按小面积流速计算的局部阻力系数：ζ1＝(1-A1/A2)
按大面积流速计算的局部阻力系数：ζ2＝(1-A2/A1)
突然缩小： 可从相关的资料中查阅经验值。
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