化工原理电子课件北京化工大学

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1、4.3对流传热4.3.1对流传热过程分析4.3.2对流传热速率4.3.3影响对流传热系数的因素4.3.4对流传热系数经验关联式的建立4.3.5无相变时对流传热系数的经验关联式4.3.6有相变时对流传热系数的经验关联式13.3.1对流传热过程分析dAt2G1，T1G2，t1T22dtA2A1tWtTWT传热壁冷流体热流体层流底层温度梯度大，热传导方式湍流核心温度梯度大，对流方式过渡区域热传导和对流方式33.3.2对流传热速率——牛顿冷却定律流体被冷却：式中Q──对流传热速率，W；──对流传热系数，W/(m2·℃)；Tw──壁温，℃；T──流体平均温度，℃；A──传热面积，m2

2、。4式中t──总有效膜厚度；e──湍流区虚拟膜厚度；──层流底层膜厚度。下面来推导牛顿冷却定律建立膜模型：流体被冷却：TTWttWt51.牛顿冷却定律是一种推论，假设Q∝t。2.复杂问题简单化表示。推动力：阻力：64.3.3影响对流传热系数的因素1.引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强>自2.流体的物性，，，cp75.是否发生相变蒸汽冷凝、液体沸腾相变>无相变4.传热面的形状，大小和位置形状：如管、板、管束等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管

3、或板是垂直放置还是水平放置。3.流动形态层流、湍流湍>层84.3.4对流传热系数经验关联式的建立一、因次分析式中l——特性尺寸；u——特征流速。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度变量总数：8个由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。＝f(u，l，，，cp，，gt)9Nusselt待定准数Reynolds，流动型态对对流传热的影响Prandtl，流体物性对对流传热的影响Grashof，自然对流对对流传热的影响10二、实验安排及结果整理以强制湍流为例：Nu＝CReaPrk1．采用不同Pr的流体，固定RelgNu＝klgPr＋lgCRea双对数坐标系得一

4、直线，斜率为k2．不同Pr的流体在不同的Re下lgNu/Prk＝algRe＋lgC双对数坐标系中得一直线斜率为a，截距为CPrNukReNu/PrkCa11定性温度的取法：三、定性温度、特性尺寸的确定2．特性尺寸取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。3．准数关联式的适用范围。1．确定物性参数数值的温度称为定性温度。12一、流体在管内的强制对流适用范围：Re>10000，0.7604.3.5无相变时对流传热系数的经验关联式1．圆形直管内的湍流13特征尺寸为管内径di流体被加热时，k＝0.4；被冷却时，k＝0.3。注意事项：定性温度取1

5、4强化措施：u,u0.8d,1/d0.2流体物性的影响，选大的流体15以下是对上面的公式进行修正：(1)高粘度Re>10000，0.760定性温度取tm；特征尺寸为di16(2)l/d<60(3)过渡流（2000

6、式换热器，由38根25×2.5mm的无缝钢管组成，苯在管内流动，由20℃加热到80℃，苯的流量为8.32kg/s，外壳中通入水蒸气进行加热，求：（1）管壁对苯的对流传热系数；（2）管子换为19×2mm，管壁对苯的对流传热系数；（3）当苯的流量提高一倍，对流传热系数变化如何？已知：苯的物性19特点：1）物性特别是粘度受管内温度不均匀性的影响，导致速度分布受热流方向影响。2）层流的对流传热系数受自然对流影响严重使得对流传热系数提高。3）层流要求的进口段长度长，实际进口段小时，对流传热系数提高。2.圆形管内强制层流20热流方向对层流速度分布的影响21适用范围：当：定性温度：22

7、二、管外强制对流的对流传热系数1.流体在管束外垂直流过23在换热器内单排管：24整个管束：定性温度：适用范围：特性尺寸：管的外径do252．流体在换热器壳程的流动挡板形式：圆形、圆缺形26壳程流体的对流传热系数（圆缺形）：定性温度：正方形排列：正三角形排列：特征尺寸：当量直径ded0tt27流速u按流通截面最大处的截面计算：式中h——两块折流挡板间距离，m；D——换热器壳径，m；do——管子的外径，m；t——相邻两管中心距，m。28注意：换热器无折流挡板时，流体平行流过管束，对流给热系数按管内强制对流计