管内传热系数

定义/概述

流体在管内流动的传热系数取决于流动状态（以雷诺数 $Re$ 区分），不同流态采用不同的关联式计算。

对低粘度流体，应用 Dittus-Boelter 关联式：

$Nu = 0.023 Re^{0.8} Pr^n \tag{5.17}$

或写为：

$h_i = 0.023 \frac{k}{d_i} Re^{0.8} Pr^n$

适用范围： $Re > 10000$ ， $0.7 < Pr < 120$ ， $L/d > 60$

当 $L/d < 60$ 时，需对计算结果进行校正。

先按湍流公式计算，再乘以校正系数：

$\varepsilon = 1 - \frac{6 \times 10^5}{Re^{1.8}} \tag{5.18}$

$h_{i,\text{trans}} = \varepsilon \cdot h_{i,\text{turb}} \tag{5.19}$

使用 Sieder-Tate 关联式：

$Nu = 1.86 \left(Re \cdot Pr \cdot \frac{d_i}{L}\right)^{1/3} \left(\frac{\mu}{\mu_w}\right)^{0.14} \tag{5.20}$

适用范围： $Re < 2300$ ， $0.6 < Pr < 6700$ ， $(Re \cdot Pr \cdot d_i/L) > 100$

其中：

$\mu$ — 流体在定性温度下的粘度，Pa·s
$\mu_w$ — 流体在管壁温度下的粘度，Pa·s。 $(\mu/\mu_w)^{0.14}$ 项修正温度梯度对层流速度分布的影响：加热时壁温高、 $\mu_w < \mu$ → 修正项 > 1 → 传热增强；冷却时相反。管壁温度需通过 $Q = h_i A_i (T_w - T_{bulk})$ 迭代求解。