化工原理 对流传热课件.ppt

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1、第四章传热一、对流传热的分析二、壁面和流体的对流传热速率第三节对流传热2021/8/26对流传热过程分析dAt2G1，T1G2，t1T2对流传热，指流体与固体壁面直接接触时的传热，是流体的对流与导热两者共同作用的结果。其传热速率与流动状况有密切关系。2021/8/26由于对流传热的多样性，有必要将问题分类加以研究。2021/8/26一、对流传热的分析流体沿固体壁面的流动滞流内层缓冲层湍流主体流体分层运动，相邻层间没有流体的宏观运动。在垂直于流动方向上不存在热对流，该方向上的热传递仅为流体的热传导。该层中温度差较大

2、，即温度梯度较大。热对流和热传导作用大致相同，在该层内温度发生较缓慢的变化。温度梯度很小，各处的温度基本相同。2021/8/26层流底层温度梯度大，热传导方式对流传热的热阻主要集中在层流内层。减薄滞流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。dtA2A1tWtTWT传热壁冷流体热流体湍流核心温度梯度小，对流方式过渡区域热传导和对流方式对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象。2021/8/26二、壁面和流体间的对流传热速率1、对流传热速率表达式据传递过程速率的普遍关系，壁面和流体间的对流传热速率：推动力：壁面和流体间的温

3、度差阻力：影响因素很多，但与壁面的表面积成反比。对流传热速率方程可以表示为：——牛顿冷却定律2021/8/26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：仿照导热流体被冷却：TTWttWt2021/8/26(1).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：2021/8/26在换热器中，局部对流传热系数α随管长而变化，但在工程计算中，常使用平均对流传热系数，此时牛顿冷却定律可以表示为：2、对流传热系数对流传热系数a

4、定义式：表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。单位W/m2.k。反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快。2021/8/263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，，，cp2021/8/265.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）；管或板是垂直放置还

5、是水平放置。3.流动形态层流、湍流湍>层2021/8/264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)2021/8/26Nusselt(努塞尔特)待定准数Reynolds，流动型态对对流传热的影响Prandtl(普朗特)，流体物性对对流传热的影响Grashof(格拉斯霍夫)，自然对流对对流传热的影响2021/8/26二、实验安排及结果整

6、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/PrkCa2021/8/26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。2021/8/26一、流体在管内的强制对流适用范围：Re>10000

7、，0.7605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2021/8/26特征尺寸为管内径di流体被加热时，n＝0.4；被冷却时，n＝0.3。注意事项：定性温度取2021/8/26强化措施：u,u0.8d,1/d0.2流体物性的影响，选大的流体2021/8/26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di2021/8/26(2)l/d<60(3)过

8、渡流（2000