入口段的热边界层较薄，局部对流传热系数比充分发展段的高，随 着入口的深入，对流传热系数逐渐降低如果边界层中出现湍流，则因湍流的扰动和混合作用会使局部对 流传热系数有所提高，再逐渐趋向一定值，上述规律如图4-19所示图中口为远离入口段得局部对流传 热系数渐进值对于管内强制对流，实验表明，热入口段的长度lt与管内径d之间存在以下关系层流时(4-71a)(4-71b)(4-72)管壁上温度恒定0.07 Re Pr管壁上热通量恒定湍流时(或40〜60)通常，工程上的对流传热主要讨论全管长上的平均对流传热系数当热入口段的长度远小于管长时， 入口段的传热对全管长的传热影响可以忽略，总的平均对流传热系数与充分发展条件下的局部对流传热系 数非常吻合当入口段的影响不能忽略时，则应引入管径与管长的比值加以修正下面将针对不同情况下流体在管内作强制对流传热时的实验关联式分别进行讨论一、流体在圆形直管内作湍流时的对流传热系数由于流体呈湍流时有利于传热，故工业上一般使对流传热过程在湍流条件下进行实用上使用最广的关联式是迪图斯-贝尔特公式，即(4-73)式中，当流体被加热时，n=当流体被冷却时，n=上式适用于流体与管壁温差不大的场合，对于气 体，其温差不超过50°C ；对于水，其温差不大于20°C〜30°C ；对于粘度随温度变化较大的油类其值不超过 10°C。
上式适用的条件为：Re=x104〜x105, Pr=〜120,管长与管内径之比所采用的特征长度 为管内径d，定性温度则为流体的平均温度（即管道进、出口截面平均温度的算术平均值）例4-3常压下，空气在内径为25mm，长3m的圆形直管内流动，温度由5°C加热至15C若空气的流速为 12m/s，试求空气与管内壁之间的对流传热系数解定性温度为（5+15） /2=10C，根据定性温度和压力，查取空气的物性为p = 1247阳斥 ^ = 0.177x10^^-5 X = %7呱打傀魏先计算雷诺数0.177 Kia-4Pr - c?^ _ 1 ™ k10Jx0.177 xlO^ _ Q 了口J 0.02512 '由上述计算可知，可以应用式(4-73)计算空气与管壁之间的对流传热系数，并取 n=Mj = 0.023R.e^P?34 = 0.023x(2.11x10°严 x 0.71104 = 57.B口 = 3風沁？电=党珈袒2 - Q对流传热系数为 d °不显然，当流体在管内作对流传热时，管截面上各点的流体温度 不同，就会引起流体粘性的变化，从而导致速度分布的变化这种 变化在流体被加热或被冷却时情况不同，图 4-20示出速度分布的这 种差别。
当液体被冷却时，由于液体的粘度随温度降低而增大，因 而近壁处液体的粘度较管中心处的大，与等温流动相比，近壁处流 体温度低，粘度大，流速小，而在管中心处流体的温高，粘度小， 流速大，当液体被加热时，情况恰好相反至于气体，由于气体的 粘度随温度升高而增大，气体的速度分布变化正好与液体的情况相 反总之，流体被加热或被冷却时的速度分布不同于等温流动，这 种变化将引起近壁处流体的温度梯度的变化和湍流时层流底层厚 度的变化，从而导致了对流传热系数的变化因此，当液体被加热 或气体被冷却时的对流传热系数比液体被冷却或气体被加热时大 对于粘度较大的流体，这种影响更为明显为了补偿管内温度分布 不均匀对对流传热的影响，在实用计算中，通常是在所'4 2 ( Pr『采用的关联式中引入2丿或来修正非均匀温度对对流传热系数的影响当温差超过推荐的温差范围时或对于粘度较高的液体，由于管壁温度与流体的主体温度不同而引起壁 面附近与流体主体处粘度相差较大，如果采用迪图斯-贝尔特公式，则计算的误差较大，因此可以采用齐德 -泰特公式进行计算f 屮14Nu = 0.027 Re0'8 PtL/3 i(4-74)式中的特征长度为管内径d,定性温度为流体的平均温度，mw表示是以管壁温度选取的流体粘度。
上式的实验验证范围为:Re > 104Pr=〜 16700,管长与管内径之比由于管壁温度的引入使计算过程变得烦琐，因而在工程计算中常近似为:当液体被加热时，取'尿0.14= 1.05f 屮；当液体被冷却时取 J= 0.9J对于短管（管长与管径之比山 ）内的强制对流传热，由于其全部或绝大部分的管段处于热边界层尚未充分发展的入口段因此，在计算对流传热系数时应进行入口效应的修正，即(4-75)式中a为采用式（4-73）或式（4-74）计算的对流传热系数，a'为流体流经短管的平均对流传热系数二、流体在圆形直管内呈过渡流时的对流传热系数管内流动处于过渡流状态时，即在2300
注意，格尼林斯基公式中已包含了入口效应的修正系数，在应用于 短管的计算时不需要再乘入口修正系数三、流体在圆形直管内作层流时的对流传热系数流体在圆形直管中作层流强制对流传热的情况比较复杂，因为附加的自然对流往往会影响层流对流传 热只有在小管径，且流体与管壁的温度差别不大的情况下，即印也咂 时，自然对流的影响才能忽略 在工程实际中，可采用下述经验关联式计算Nu = l.S6Reiy5Pr1/3 -⑴ E （4-78）式中，除了 mw以外，定性温度均取流体的平均温度，特征长度为管内径d适用范围为：Re<2300,^Re Frf 门0.14> 2— = 0.0044 -P.75%Pr=〜 16700,当Gr < 2J000时，可按式（4-78）计算出对流传热系数，然后再乘以修正系数得到a-f= 0.8（1+0.0，且管壁处于均匀壁温4-79)流体作层流时的对流传热系数关联式有多种不同的形式，但到目前为止还不成熟，计算误差较大例4-4在内径为50mm,长3m的圆形直管内，5°C的水以50kg/h的流量流过，管内壁的温度为90°C，水 的出口温度为35C试计算水与管内壁之间的对流传热系数解 管内水的定性温度为（5+35） /2=20°C，根据定性温度，查取水的物性为\L = 1.005xlCT3Pa s x = 0.599 WAm - K % = 4.他g-匿由管内壁的温度可得仏=⑹向尸p.50 /3600 口 沖， pu = y = 7.074Cn/4)x0.052kg/ (m2・s)由题设可得， ‘Re=^p= 0.05x7.074 p 1.003 xlO^从而可应用式（4-78）计算水与管壁之间的对流传热系数Nu= 1.55 Re1/3Prin1.86 心 1 ,91/3x7.021/3x0.05?/33.1?0141/V 沿山= 7.55对流传热系数为四、流体在圆形弯管内的流动 由于弯管内的流体在流动中连续地改变方向，因此在管内的截面上会因离心力引起二 次环流，从而加剧了扰动，强化了对流传热，如图4-2 1 所示。
对于流体在弯管内的对 流传热计算，可先按圆形直管的经验关联式计算对流传热系数a,然后再乘以大于1 的修正系数，即可得在弯管中的对流传热系数a'，即亍=［仃1 7?，式中R为弯管轴的曲率半径五、流体在非圆形管内的流动对于流体在非圆形管内的对流传热系数计算，上述有关的经验关联式均可以应用，只是需将经验关联 式中的特征长度由圆管内径d改为流通截面的当量直径de即可但这种计算方法只是一种近似计算流体对 流传热系数的方法，计算精度较差因此，对于一些常用的非圆形管道，宜采用根据实验得到的关联式 如套管环隙内的对流传热关联式为(4-81)^-=1.65-17上式的定性温度为流体的平均温度，适用范围为：Re=12000〜220000,心 式中dl和d2分别为内管外径和外管内径， de=d2-d1 为套管环隙中流通截面的当量直径。