什么是努塞尔数的定义

努塞尔数是一个无量纲数,以德国工程师威廉·努塞尔的名字命名。努塞尔数表示由于对流而增强了通过流体层的传热。w88优德备用网址 微博优德app热能工程

努塞尔特数

努塞尔特数是一个无量纲数,以德国工程师威廉·努塞尔命名。的努塞尔特数与…密切相关沛克莱数这两个数字都用来描述热能迁移液体和热能进行内的液体。努塞尔特数等于无量纲的吗温度梯度在表面,它提供了一个测量发生在表面的对流换热的方法。w88优德备用网址 微博传导元件是在与热对流相同的条件下测量的,但有一个不流动的流体。的努塞尔特数是摩擦系数对速度边界层的影响。因此,Nusselt数定义为:

努塞尔数-定义

地点:

kf热导率流体[W/m.]K)

l特征长度

h对流换热系数w88优德备用网址 微博[W /米2同意)

为了举例说明,考虑一个厚度的流体层l和温度差异ΔT。w88优德备用网址 微博当流体有一定的运动时,对流换热,当流体不动时传导换热。

在的情况下传导,热通量可以用傅里叶传导定律。在对流的情况下,热通量可以用牛顿冷却定律计算。取他们的比例:

努塞尔数-对流传导

前面的方程定义了努塞尔特数。因此,努塞尔特数表示通过流体层的强化传热的结果w88优德备用网址 微博相对传导的对流跨越同一流体层。一个努塞尔特数ν= 1对于流体层代表着热传递的层由w88优德备用网址 微博纯粹的传导。越大努塞尔特数,对流越有效。努塞尔数越大,对流越有效,湍流流动通常在100-1000范围内。对于紊流,用努塞尔特数通常是?的函数雷诺数普朗特数

关联式-单相流体流动

外部层流
平均努塞尔特数由以下因素决定:

层流-平板-努塞尔数

这个关系给出了平均值w88优德备用网址 微博传热系数对于整个板,当流动为层流在整个盘子里。

内部层流
常数表面温度

层流在表面温度恒定的管子里,摩擦系数和w88优德备用网址 微博传热系数在完全发达的区域保持不变。

层流-圆管-温度

恒定表面热流

因此,为充分发展层流在一个表面恒定的圆管内热通量,努塞尔数是一个常数。不依赖于雷诺兹或者是普朗特数

层流-圆管-流量

外部湍流
平均努塞尔特数由以下因素决定:

湍流-平板-努赛尔数

这个关系给出了平均值w88优德备用网址 微博传热系数对于整个盘子只有当流动是动荡不安的整个盘子,或者当层流板块区域相对于湍流区域太小。

内部湍流- Dittus-Boelter
参见:Dittus-Boelter方程

充分开发(流体动力学和热力学)湍流在光滑的圆形管中,局部努塞尔特数可以从名人那里获得吗Dittus-Boelter方程。的Dittus–消沉方程这个问题很容易解决,但如果在不同温度之间存在较大的温差,就不那么准确了流体对于粗制管(许多商业应用)来说,它的精确度较低,因为它是为光滑管量身定制的。

迪图斯-伯尔特方程-公式

Dittus-Boelter相关性可用于小到中等温差,T- Tavg,在平均温度T下计算所有特性avg

对于特性变化较大的流动,修正(例如粘度修正系数)/μμ,例如,……必须考虑在内文本编辑器和泰特推荐。

液态金属反应堆的努赛尔数

参见:液态金属反应堆的努赛尔数

液态金属普朗特数非常小,一般范围在0.01到0.001。这意味着热扩散率,它与速率有关w88优德备用网址 微博传导传热明确地,占主导地位。这种非常高的热扩散率是由于金属非常高的热导率,比水高100倍左右。的普朗特数钠冷却快堆的典型工作温度为0.004左右。在这种情况下,热边界层的发展比速度边界层(δt>> δ),假设在热边界层中速度是均匀的是合理的。

w88优德备用网址 微博钠流通过燃料通道的传热系数是基于普朗特数沛克莱数距径比(P/D)也是液态金属反应器传热计算的重要组成部分。w88优德备用网址 微博对流换热关联w88优德备用网址 微博通常是用Nusselt号码和Péclet号码。正常运行时,燃料包中典型的Péclet编号为150至300。对于另一种流型,可以用努塞尔数和给定的相关关系来确定对流换热系数。w88优德备用网址 微博

Graber-Rieger相关性
努塞尔数-液态金属- Graber-Rieger
FFTF相关性
努塞尔数-液态金属- FFTF

使用实例-努赛尔特数-包层表面温度

对流-对流传热w88优德备用网址 微博包层外层的燃料棒,是站在中间的反应堆冷却剂核燃料(即。燃料芯块)。它由耐腐蚀材料制成,具有低吸收截面热能中子,通常是锆合金包层防止放射性裂变产物从燃料基体中逃逸到反应堆冷却剂中并污染冷却剂。包层构成在'纵深防御“接近,因此它coolability是关键的安全因素之一。

考虑内半径的燃料包壳r锆、2= 0.408厘米和外半径r锆、1= 0.465厘米。与燃料球相比,燃料包层几乎不产生热量辐射微热)。燃料中产生的所有热量必须通过传导通过包层,因此内表面比外表面热。

假设:

  • 包层的外径为:d = 2xr锆、1= 9, 3毫米
  • 燃料销的间距为:p = 13 mm
  • 热导率饱和水在300°C:k= 0.545 W / m。K
  • 饱和水在300℃时的动态粘度为:μ = 0.0000859 N.s/m2
  • 液体密度是:ρ = 714 kg/m3.
  • 比热是:cp= 5.65 kJ /公斤。K
  • 核心的流动速度是恒定的,等于V核心= 5 m / s
  • 该轴向坐标下的反应堆冷却剂温度为:T散装= 296°C
  • 燃料的线性热速率为l= 300瓦/厘米(F≈2.0),则体积热速率为qV= 597 x 106W / m3.

液压直径-燃料通道计算普朗特,雷诺兹并对矩形燃料栅格(燃料通道)内的流态(内部强迫湍流)进行努塞尔数计算,然后计算出w88优德备用网址 微博传热系数最后,包层表面温度,T锆、1

计算包层表面温度,我们必须计算普朗特,雷诺兹努塞尔特数,因为这种流动状态的传热可以w88优德备用网址 微博用Dittus-Boelter方程,这是:

迪图斯-伯尔特方程-公式

普朗特数的计算

计算普朗特数,我们必须知道:

  • 饱和水在300℃时的导热系数为:k= 0.545 W / m。K
  • 饱和水在300℃时的动态粘度为:μ = 0.0000859 N.s/m2
  • 比热是:cp= 5.65 kJ /公斤。K

需要注意的是,所有这些参数在300°C和20°C的水之间存在显著差异。普朗特数为在20°C左右6.91。反应堆冷却剂在300℃时的普朗特数为:

普朗特数-举例

雷诺数的计算

为了计算雷诺数,我们必须知道:

  • 包层的外径为:d = 2xr锆、1= 9, 3毫米(计算水力直径)
  • 燃料销的间距为:p = 13 mm(计算水力直径)
  • 饱和水在300℃时的动态粘度为:μ = 0.0000859 N.s/m2
  • 流体密度为:ρ = 714 kg/m3.

水力直径Dh,是处理流进入时常用的术语非圆形管和渠道。的燃料通道的水力直径,Dh,等于13,85毫米。

参见:水力直径

雷诺数在燃料通道内等于:

雷诺数-举例

这完全满足了动荡的条件

用Dittus-Boelter方程计算努塞尔数

对于光滑圆管内完全发展(流体动力学和热动力学)的湍流,局部的努塞尔特数可以从名人那里获得吗Dittus–消沉方程

计算努塞尔特数,我们必须知道:

努塞尔特数则燃料通道内的强制对流等于:

努塞尔数-举例

计算传热系数和熔覆表面温度Tw88优德备用网址 微博锆、1

详细的几何知识,流体参数,包层的外半径,线性热率,对流换热系数,使我们可以计算温差w88优德备用网址 微博∆T在冷却剂之间(T散装)和包层表面(T锆、1)。

要计算包层表面温度,我们必须知道:

  • 包层的外径为:d = 2 xr锆、1= 9, 3毫米
  • 努塞尔数是νDh= 890
  • 燃料通道的液压直径为:Dh= 13, 85毫米
  • 反应堆冷却剂(300°C)的导热系数为:k= 0.545 W / m。K
  • 在此轴向坐标下,反应堆冷却剂体积温度为:T散装= 296°C
  • 燃料的线性热速率为:l= 300瓦/厘米(F≈2.0)

对流换热系数,w88优德备用网址 微博h由Nusselt数的定义直接给出:

对流换热系数-举例w88优德备用网址 微博

最后,我们可以计算出包覆表面温度(T锆、1)简单地使用牛顿冷却定律:

牛顿冷却定律-例子

对于正常运行的PWRs,有一个压缩液体水在反应堆核心内部,有循环回路和蒸汽发生器。压强维持在大约16 mpa。在这个压强下,水大约在350°C(662°F)。可以看出,表面温度T锆、1= 325°C可以确保即使过冷沸腾也不会发生。注意,过冷沸腾需要T锆、1= T。因为水的入口温度通常是290°C(554°F),很明显这个例子对应于核心的下部。在堆芯海拔较高的地方,堆芯的整体温度可能高达330°C。29℃的温差导致过冷沸腾可能发生(330℃+ 29℃> 350℃)。另一方面,泡核沸腾在表面有效地扰乱停滞层,因此核沸腾显著地增加了表面转移的能力热能散装液体。结果表明,对流换热系数显著增大,因此在高海拔时,温差(Tw88优德备用网址 微博锆、1- T散装)显著降低。

引用:
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参见:

数字特征

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