对流传热系数的经验关联式

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1、第3章传热3.4对流传热系数的经验关联式3.4.1影响对流传热系数的因素3.4.2无相变化时对流传热过程的量纲分析3.4.3无相变化的对流传热3.4.4有相变化的对流传热3.4.1影响对流传热系数的因素流动形态流体流动原因流体物理性质传热面形状、位置和大小相变化代价：动力消耗↑。（2）流体流动原因强制对流：外部机械作功，一般流速较大，α也较大。自然对流：由流体密度差造成的循环过程,一般流速较小，α也较小。（1）流体流动状态（3）流体的物理性质（4）传热面的形状、位置和大小壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等，造成边界层分离，增加湍动，使α增大。（5）相变化的影响有相变传热：蒸汽冷凝

2、、液体沸腾，无相变传热：强制对流、自然对流，一般地，有相变时表面传热系数较大。例：水强制对流，蒸汽冷凝，3.4.2无相变化时对流传热过程的量纲分析（1）量纲分析过程①优点：减少实验次数；②依据：物理方程各项量纲一致；③步骤：：（a）通过理论分析和实验观察，确定相关因素；对流传热系数分析方法①　解析法②　数学模型法③量纲分析法④实验法（b）构造函数形式；（c）列出量纲指数的线性方程组（M、L、T、）；（d）规定已知量（指数），确定余下指数表达式；（e）整理特征数方程形式。①努赛尔数说明：▲反映对流传热的强弱，包含对流传热系数；说明：反映流动状态对α的影响。l：特征尺寸，平板——流动方向的板长

3、；管——管径或当量直径；（2）特征数的物理意义②雷诺数③普朗特数说明：▲反映流体物性对传热的影响使用时注意：*查取定性温度下的物性；*计算所用单位，SI制。说明：反映自然对流的强弱程度。④格拉斯霍夫数（浮升力特征数）强制对流自然对流混合对流应用准数关系式应注意的问题（1）定性温度定性温度：决定准数中各物性的温度。流体的平均温度t=(t1+t2)/2为定性温度；壁面的平均温度tw为定性温度；流体和壁面的平均温度（称为膜温）tm=(t+tw)/2为定性温度。工程上大多以流体的平均温度t=(t1+t2)/2为定性温度。（2）特性尺寸特性尺寸：量纲为1的数群Nu，Re等中所包含的传热面尺寸。圆管内：

4、特性尺寸取管内径；非圆管内：特性尺寸取当量直径，de’=4流动截面积/传热周边（3）注意公式的应用条件。3.4.3无相变化的对流传热（1）管内强制对流传热一般关系式：传热流动状态划分（区别于流体流动时规律）流动状态不同，则K、a、b值不同①流体在圆形直管内强制湍流的对流传热系数a)低粘度流体流体被加热，n=0.4流体被冷却，n=0.3定性温度：tm=(t1+t2)/2特征尺寸：管内径d0保证流体达到传热湍流；适用条件：说明：避开传热进口段，保证稳态传热。b)粘度较大流体近似取：定性温度：tm=(t1+t2)/2特征尺寸：管内径d0适用条件：c)流体流过短管（l/d<50）影响：处于传热进口段

5、，表面传热系数较大。计算：采用以上各式计算α，并加以校正。R弯管内流体的流动dd)圆形弯管内的强制对流特点：离心力使径向压力不均，产生二次环流；结果：流体湍动程度增加，使α增加；同时，流动阻力损失增加。e)圆形直管内过渡流时对流传热系数计算：采用湍流公式，但需加以校正。说明：设计换热器时，一般避免过渡流。f)圆形直管内强制层流特点：1）传热进口段的管长所占比例较大；2）热流方向不同，也会影响；3）自然对流的影响，有时不可忽略。定性温度：tm=(t1+t2)/2；特征尺寸：管内径d。适用条件：当自然对流的影响不能忽略，先由上式进行计算，然后乘以校正系数g)非圆形管内强制对流★采用圆形管内相应的

6、公式计算，但特征尺寸采用当量直径。★最好采用专用、经验公式。如：套管环隙式中：例题1：有一双管程列管换热器，由96根Φ25mm×2.5mm的钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热到80℃，苯的流量为9.5kg/s，壳程中通入水蒸气进行加热。试求：①管壁对苯的对流传热系数；②若苯的流率增加一倍，其他条件不变，此时的对流传热系数为多少；③若管径降为原来1/2，其他条件与①相同，此时对流传热系数为多少；②管外强制对流a)流体横向流过单管A流体横向流过单根圆管外时流动情况常数C、指数n见下表沿整个管周的平均对流传热系数：ReCn0.4~44~4040~40004000~4000040000~4000

7、000.9890.9110.6830.1930.02660.3300.3850.4660.6180.805特征尺寸：管外径◆管束的排列方式直列（正方形）、错列（正三角形）b)流体横向流过管束的表面传热系数x2x1d直列管束中管子的排列和流体在管束中运动特性x1x2d错列管束中管子的排列和流体在管束中运动特性直列第一排管直接冲刷；第二排管不直接冲刷；扰动减弱第二排管以后基本恒定。错列第一排管错列和直列基本相同；