硅酸盐工业热工基础对流换热.ppt

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1、4.3对流换热4.3.1对流换热的基本概念4.3.2对流换热的基本定律4.3.3对流换热的特征数方程4.3.4对流换热量的计算4.3.1对流换热的基本概念4.3.1对流换热的基本概念4.3.1.1对流换热定义：流体和固体壁面直接接触时彼此之间的热交换过程。对流换热①流体的热对流②流体分子间的导热4.3.1.2对流换热的影响因素(1)流体的流动状态①层流：热量传递——热传导②湍流：热量传递——热传导、对流传热(2)流体流动的动力①自然流动：由于流体内部温度不同导致密度不同而引起的流动②强制流动：受外力影响产生的流动(3)流体的物理性质影响因素有：①比热容：比热越大热流量越大②密度：密度

2、越大热流量越大③热导率：热阻小，热流量越大④粘度：粘度越大热流量越小(4)换热面的形状和位置4.3.2对流换热的基本定律4.3.2对流换热的基本定律(1)牛顿冷却定律换热的热流量q与固体壁面面积和流体之间温度差成正比。……(4-40)Q—对流换热量，W；tf—固体壁面温度，℃；tW—周围流体温度，℃；A—流体与固体接触的面积，m2；a—对流换热系数，W/(m2·℃)；……(4-41)(2)a的意义是代表对流换热能力大小的一个物理量。表示单位时间内，当流体与固体壁面之间温度差为1℃时，通过单位面积的热量。计算中，将影响Q的全部因素归结到a，使计算公式简化。牛顿冷却定律也可以写成下面形势

3、：……(4-42)由该形式看出对流换热热阻为，计算对流换热问题主要是确定换热系数4.3.3对流换热特征数方程4.3.3对流换热特征数方程……(4-40)—流体内部的浮升力4.3.3.1对流换热系数的影响因素影响对流换热系数a的因素4.3.3.3对流换热特征数方程……(4-44)A是比例系数……(4-44)由公式(4-41)可知a的单位是物理量的量纲为W/(m2·℃)MT-3q-1要使等式成立，首先等式两侧量纲要一致，比如：力的单位是牛顿，量纲为：MLT-2质量的单位是千克，量纲为：M加速度的单位是米每二次方秒，量纲为：L/T2等式两侧量纲一致。将(4-44)式各个物理量的量纲带入等式

4、，得根据量纲的和谐型有：对于M：对于L：对于T：对于q：解上面4式消去4个未知数，并代回到原式得：ReprNuGr特征数方程式就是：或者：……(4-46)……(4-45)①Nu-努赛尔数表示意义：表示对流换热强烈程度的一个准数。又表示传导热阻与对流热阻之比。4.3.3.4特征数的物理意义特征数：具有一定物理意义的无因次数群。②Re-雷诺数表示意义：表示流体惯性力与粘滞阻力之比，反映流体流态的准数。③Pr-普朗特数表示意义：是由物理性质参数组成，是流体的物理性质对对流传热的影响。④Gr-格拉晓夫数表示意义：表示流体浮升力与粘性力之比。表示流体自然流动对对流传热的影响。在自然对流中相当于

5、强制对流的雷诺数，Gr越大，自然对流越强烈。(3)定性温度与定性尺寸定性温度：决定准数中物理参数值的所选定温度。常用定性温度选取原则是选有代表性的温度①流体与固体壁平均温度；②固体壁面温度；③流体平均温度；GrPr>109为自然对流的湍流状态。定性尺寸：对流体流动有决定意义的壁面与流体接触的几何尺寸。常见定性尺寸①流体在管道中流动——管道直径或当量直径；②横向掠过单管或管道族——管道外径；③纵向掠过单管或管道族——管道流动方向的长度；4.3.4对流换热的计算4.3.4对流换热的计算强制对流换热自然对流换热圆管内掠过平板①湍流②层流③过渡流①湍流②层流一些经验公式自然对流特征数方程平面

6、散热的经验公式对流换热计算××流体外掠单管√√√√√简化公式垂直平壁及直圆筒水平圆筒×√√√4.3.4.1强制对流换热(1)流体在圆管内湍流流动……(4-49)f表示选用流体温度作为定性温度。将努赛尔数、普朗特数表达式代入(4-49)得，……※(4-50)※Backto……※(4-49)※适用条件：①湍流区Ref>104。②Prf=0.6--120。③l/d>50（l为管长，d为管内径），l/d<50，需乘以校正系数el过渡区需乘以校正系数fBackto定性条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。另外，管内强制流动有时可利用简化公式计算：……※(4-49)※w0—标况下，流

7、体在管道内的流速，m/sd—管道内径或当量直径，mAn—因流体种类而异的系数Backto某水泥厂从窑抽风供煤磨使用，已知热风管长30m，直径0.4m，热风管内的平均流速为12m/s，热风进口温度为400℃，出口温度为360℃，求热风管内平均对流换热系数，热风散热量及管壁平均温度。例题：4-8解：管道中热风平均温度为℃空气在380℃时的物性参数为Cp=1063J/kg·℃l=0.0508W/m·℃n=59.5×10-6m2/sr=0.54kg/m3湍流Bac