化工原理讲稿(上册)-应化第五章传热(I)

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1、第三节对流传热对流是三种基本传热方式之一，指由于流体的宏观运动而引起的热量传递，因此，对流传热只发生在流体中。工程定义流体与固体壁面之间的传热过程第三节对流传热一、对流传热过程分析湍流↑→层流底层↓热阻与推动力成正比湍流主体温度？热阻集中部位？第三节对流传热二、对流传热速率方程式简化假定：全部阻力都集中在厚度为δt的有效膜内。膜内导热传热。∴令：当量膜δt则：－－牛顿冷却定律第三节对流传热①α－对流传热系数、给热系数，W/(m2·K）流体被加热：流体被冷却：说明②定律本身未揭示过程实质，只是将众多因素归结到对流传热系数α中第三节

2、对流传热三、影响α的主要因素1.流体的状态：影响较大的物性有：，，，cp3.流体的流动状态雷诺数Re↑→δt↓→热阻R↓，α↑2.流体的物理性质：气、液第三节对流传热4.引起流动的原因：5.传热面的形状、大小和位置:不同的壁面形状、尺寸及与流体的相对位置影响流动形态从而影响α的大小。自然对流：单位体积流体受到的浮升力∝β·g·△t第三节对流传热无相变时：式中：i－无因次数群个数；n－总变量数；m－基本因次数。四、α的一般关联式－因次分析的应用1.准数及其意义：柏金汉（Buckingham）的定理：对某一物理过程，用因次分

3、析所得到的独立无因次数群(准数)的个数i，等于总变量数n与基本因次数m之差，即第三节对流传热对给热过程：n=8，m=4，因此：i=n-m=4设四个准数分别为π，π1，π2，π3，则对流传热过程准数式为：第三节对流传热步骤：①从方程中选取m(4)个变量作为核心物理量；此处选取l，ρ，μ，λ作为核心物理量；m个核心物理量应包含所涉及的全部因次；这些物理量不包括待定物理量(α);这m个物理量本身不能组成无因次数群。第三节对流传热②将剩下的四个变量分别与上面的四个核心物理量组成无因次数群：步骤：第三节对流传热③写出各物理量的因次式：第三

4、节对流传热④将各物理量的因次代入准数定义式中，并使各式中各基本因次的指数和为零。因为各基本因次的指数和为零即努赛特（Nusselt）准数同理可得雷诺（Reynolds）准数普朗特（Prandtl）准数格拉斯霍夫（Grashof）准数第三节对流传热第三节对流传热定义名称意义π=Nu=αl/λ努塞尔准数传热准数，含待求的给热系数π1=Re=lu/雷诺准数反映对流强度对传热的影响π2=Pr=cp/λ普兰特准数反映流体物性的影响π3=Gr=l32gt/2格拉斯霍夫准数反映自然对流的影响第三节对流传热经以上分析，准数关联式可

5、写为：由于Gr对强制对流的影响比较小，而Re对自然对流的影响比较小，因此可以分别写成：2.对流传热中准数关联式的简化：or：第三节对流传热3.准数关联式的应用条件①公式的应用范围：雷诺数Re、普朗特准数Pr等的范围，其他应用条件；②特征尺寸：水平管：直径或者当量直径；垂直管或者垂直平板：长度或者高度③定性温度：tm→流体的物性参数。第三节对流传热4.对流传热分类对流传热有相变传热无相变传热冷凝传热沸腾传热自然对流强制对流管外对流管内对流圆形直管非圆管道弯管湍流过渡流滞流大容器内液体沸腾管内强制沸腾膜状冷凝滴状冷凝第三节对流传热五

6、、流体作强制对流时的给热系数㈠管内流动1.流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热系数采用迪塔斯－贝尔特（Dittus－Boelter）方程：式中：n－普朗特数的指数，流体被加热时，n=0.4；流体被冷却时，n=0.3。气体及低粘度液体：第三节对流传热将各无量纲准数代入可得：使用范围：Re≥10000，0.750，光滑管特征尺寸：L=管内径di定性温度：流体进、出口温度的算术平均值：tm=(t1+t2)/2第三节对流传热说明①当l/d＜50时，按下式校正：如没有特殊说明，按照l/d＞

7、50计算；②N=？液体：T↑→μ↓→层流底层厚度↓→α↑，被加热利于传热；Pr＞1.0，故Pr0.4＞Pr0.3，可校正；气体：T↑→μ↑→层流底层厚度↑→α↓，被冷却利于传热；但Pr≤1.0，故Pr0.4≤Pr0.3，可校正；α’=α[1+(d/l)0.7]第三节对流传热高粘度液体：在实际中，由于壁温难以测得，工程上近似处理为：对于液体，加热时：，冷却时：应用范围：Re≥104，0.760特征尺寸：管内径di定性温度：tm=(t1+t2)/2第三节对流传热2.流体在圆管内强制层流时的对流传热系数引

8、入格里兹（Graetz）数：自然对流的影响可以忽略因为第三节对流传热适用范围：Re<2100，Gz>10，0.625000时，应考虑自然对流的影响，此时应对上式右边乘以校正因子f：自然对流的影响不