南京工业大学传热ppt课件.ppt

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1、第四章传热4.3对流传热1湍流流动：湍流流动时沿径向分为三层：湍流主体、过渡层、层流底层2湍流主体：速度脉动较大，以湍流粘度为主，径向传递因速度的脉动而大大强化；过渡层：分子粘度与湍流粘度相当；层流底层：速度脉动较小，以分子粘度为主，径向传递只能依赖分子运动。——层流底层为传递过程的主要阻力①薄②随湍流程度(Re)增大，越来越薄很大③3对流传热是指运动流体与固体壁面之间的热量传递过程，对流传热与流体的流动状况密切相关。对流传热概述图4-8对流传热的温度分布情况4无相变有相变强制对流自然对流对流传热蒸汽冷凝液体沸腾概述5第四章传热4.3对流传热4.3.1对流传热

2、机理和对流传热系数6图4-9对流传热的温度分布情况一、对流传热机理7一、对流传热机理当湍流的流体流经固体壁面时，将形成湍流边界层，若流体温度与壁面不同，则二者之间将进行热交换。层流内层缓冲层湍流核心湍流边界层传热方式热传导热传导和涡流传热涡流传热8层流内层缓冲层湍流核心湍流边界层温度梯度较大居中较小热阻较大居中较小对流传热是集热对流和热传导于一体的综合现象。对流传热的热阻主要集中在层流内层，因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。一、对流传热机理9假设把过渡区和湍流主体的热阻全部叠加至层流底层的热阻中，在靠近壁面处构成一层为d的流体膜，称为有效膜(e

3、ffectivefilm)。湍流程度增大，有效膜厚度变薄，在相同温差下，对流传热速率会增大。一、对流传热机理10对流传热速率方程(牛顿冷却公式)：Q：对流传热速率，W；A：传热面积，m2；Δt：对流传热温度差，℃(对于热流体：Δt=T-Tw，对于冷流体：Δt=tw-t)a：对流传热系数(convectiveheat-transfercoefficient)或称为膜系数，W/m2.K或W/m2.℃求得各种具体传热条件下的对流传热系数a值是解决对流传热问题的关键。111流体物理性质密度(kg.m-3)、比热容(J.kg-1.K-1)、热导率(W.m-1.K-1)、

4、黏度(Pa.s)、体积膨胀系数(K-1)等。2流体对流起因强制对流(流速变化）、自然对流（浮力）3流体流动状态层流、湍流、Re4流体的相变化冷凝、沸腾5传热面的形状、相对位置与尺寸通常把对流体流动和传热有决定性影响的尺寸称为特征尺寸，在计算a时有说明。实验测定对流传热系数前，采用量纲分析法将影响对流传热系数的诸因素组成若干个量纲为一的量(或称为特征数)，再确定各特征数的关系，得到a的计算公式。二、影响对流传热系数的因素12第四章传热4.3对流传热4.3.1对流传热机理和对流传热系数4.3.2对流传热的量纲分析13一、影响对流传热系数的因素1.流体的种类和相变化

5、的情况2.流体的特性：导热系数、黏度、比热容、密度以及体积膨胀系数3.流体的温度4.流体的流动状态5.流体流动的原因6.传热面的形状、位置和大小14二、对流传热过程的量纲分析1.根据对问题的观察，找出影响对流传热过程的因素2.通过量纲分析确定相应的量纲为一数群（准数）3.通过实验确定相应的经验关联式公式。量纲分析步骤15量纲分析的基本依据是π定理：一个表示n个物理量间关系的量纲一致的方程式，一定可以转换成包含n-m个独立的量纲为一数群间的关联式，m指n个物理量中所涉及的基本量纲的数目。量纲分析的核心在于确定n和m，并用一定技巧将各个量纲为一数群的内涵确定下来。

6、量纲分析基本依据二、对流传热过程的量纲分析161.流体无相变时的强制对流传热过程（1）列出影响该过程的物理量传热设备的特征尺寸二、对流传热过程的量纲分析17（2）确定量纲为一数群的数目上述7个变量（物理量）涉及到4个基本量纲：长度、质量、时间和温度依据π定理，量纲为一数群的数目等于7-4=3二、对流传热过程的量纲分析18通过量纲分析，可确定努赛尔数(Nusseltnumber)雷诺数(Reynoldsnumber)表示对流传热系数的准数表示惯性力与黏性力之比，是表征流动状态的准数二、对流传热过程的量纲分析19普朗特数(Prandtlnumber)表示速度边界层

7、和热边界层相对厚度的一个参数，反映与传热有关的流体物性。强制对流（无相变）传热时的准数关联式因此，有二、对流传热过程的量纲分析202.自然对流传热过程（1）列出影响该过程的物理量传热设备的特征尺寸作用在单位体积流体上的浮力二、对流传热过程的量纲分析21（2）确定量纲为一数群的数目上述7个变量（物理量）涉及到4个基本量纲：长度、质量、时间和温度依据π定理，量纲为一数群的数目等于7-4=3二、对流传热过程的量纲分析22通过量纲分析，可确定努赛尔数(Nusseltnumber)普朗特数(Prandtlnumber)二、对流传热过程的量纲分析23格拉晓夫数(Grash

8、ofnumber)表示由温度差引起的浮