一、Nu 在量什么
Nu = h·L / λ
h 是换热系数,L 特征长度,λ 流体导热系数。直观理解:若把流体当成一层厚度 L 的静止膜做纯导热,Nu=1;实际对流因流动把热“撕”开,Nu 远大于 1。所以Nu 越大,对流换热越强。
二、为什么需要关联式
严格解对流要解纳维-斯托克斯 + 能量方程,极难。工程上用大量实验归纳出 Nu 与 Re、Pr 的经验关系,最经典的是圆管湍流:
Nu = 0.023 · Re的0.8次方 · Pr的0.4次方(加热流体)
指数 0.4(加热)或 0.3(冷却)来自流体受热后物性变化方向。算出 Nu 后回代 h = Nu·λ/L,即可用于 Q = h·A·ΔT。
三、常用关联式一览
| 关联式 | 适用 |
|---|---|
| Dittus-Boelter | 圆管湍流,Re 1e4~1e5,Pr 0.7~120,温差不大 |
| Sieder-Tate | 考虑粘度随壁温变化,更准确 |
| Gnielinski | 适用范围更宽,含过渡区 |
| 平板对流式 | 外掠平板层流/湍流 |
四、使用边界与坑
- 别超适用范围:把 Dittus-Boelter 用在层流会差一个量级;
- 物性取温:用膜温(壁温与流体平均温的均值)处的物性;
- 入口效应:短管入口段 h 偏高,长径比小时要修正;
- 粗糙/扰动:板片波纹、内翅片会打破光滑管关联式,需厂家修正系数。
关联式是工程估算法,±20% 误差正常。关键选型以实验或厂家数据兜底。