一、为什么要无量纲数
流速、管径、物性单位各异,直接比没意义。把它们组合成无量纲数,就能跨尺度、跨介质地通用。换热里最基础的两个:
二、雷诺数 Re:流态开关
Re = ρ·v·L / μ = v·L / ν
ρ 密度、v 流速、L 特征长度(如管径)、μ 动力粘度、ν 运动粘度。Re 小→粘性主导→层流;Re 大→惯性主导→湍流。圆管大致:Re<2300 层流,>4000 湍流。它决定了边界层厚薄,直接挂钩 h。
三、普朗特数 Pr:热与动的“赛跑”
Pr = ν / α = μ·cp / λ
α 是热扩散率(λ/ρcp)。Pr 描述“动量扩散”与“热量扩散”哪个快:
- Pr<1(液态金属):热扩散快于动量,温度场比速度场“铺”得开;
- Pr≈0.7(空气、气体):两者接近;
- Pr>>1(油类):动量扩散远快于热,热被“困”在边界层里,换热差。
四、它们怎么用
Re 和 Pr 共同进入努塞尔数 Nu 的经验关联式(下一篇),用来预测 h。换句话说:
Re 管“流得乱不乱”,Pr 管“热传得快不快”,两者合起来决定对流换热的强弱。
拿到一种新介质,先算 Re 判流态、算 Pr 判热扩散特性,基本就能预判它好不好换热。