最新圆筒与对流传热课堂课件PPT课件.ppt

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1、圆筒与对流传热课堂课件〖说明〗当圆筒壁两侧温度不变时，传热速率Q为常量，但由于S与r有关，故热通量Q/S不再是常量，而Q/L保持常量；在任一半径r处，温度表示为:表明温度沿r方向为对数曲线分布；导热速率推动力△t，导热热阻R。误差不超过4％，工程上允许。TtTwtwTsts图示即为温度在湍流流体中的分布情况。1、层流底层对流传热的热阻主要集中在滞流底层中，因此，减薄滞流底层的厚度是强化对流传热的重要途径。2、有效膜物理模型层流过渡紊流主体温度可以测量壁面温度可以测量但是界面出温度没法测量Tbtb4.4.2.3对流传热系数据前分析，对流传热是一复杂的过程，

2、包括流体中的热传导、热对流及壁面的热传导过程，因而影响对流传热速率的因素很多。由于过程复杂，进行纯理论计算是相当困难的，故目前工程上采用半经验方法处理，将许多复杂影响因素归纳到比例系数а内。4.4.2.3.1对流传热速率方程将湍流主体区和滞流底层的温度梯度曲线延长，其交点与壁面距离为δ′，此膜层称为虚拟膜或有效膜。湍流主体区过渡区滞流底层虚拟膜δ′说明这是一集中了全部传热温差以导热方式传热的膜层，其温度梯度为牛顿冷却定律〖说明〗1.а取平均值在换热器中，局部对流传热系数а随管长而变化，但在工程计算中，常使用平均对流传热系数，一般也用h表示，此时牛顿冷却定律可

3、表示为：Q=аSΔt式中：Q—对流传热速率，W；S—总传热面积；m2；△t—流体与壁面(或反之)间温度差平均值，℃；а—平均对流传热系数，W/(m2·℃)。2.牛顿冷却定律的具体表达方式与实际换热情况有关换热器的传热面积有不同的表示方法，流体的流动位置不同，牛顿冷却定律有不同的写法。如：热流体、管程：dQ=аi(Tb-Ts)dSi热流体、壳程：dQ=аo(Tb-Ts)dSo冷流体、管程：dQ=аi(ts-tb)dSi冷流体、壳程：dQ=аo(ts-tb)dSo可见，对流传热系数是和传热面积及温度差相对应的4.4.2.3.2对流传热系数定义式一：据牛顿冷

4、却定律得即：在单位温度差下，对流传热系数在数值上等于由对流传热的热通量。但该式并未揭示出影响对流传热系数或对流传热速率的因素，所以无法通过此式计算对流传热系数а。定义式二：а=l/层流底层厚度l：与流体种类有关，并与温度有关层流底层厚度：与流体状态有关分析第二类保温热传导问题，临界直径的问题。对流传热的计算，实际是如何求对流传热系数物理意义：当温度差为1时4.4.4对流传热系数关联式对流传热过程的量纲分析一、对流传热的分类强制对流无相变自然对流对流传热冷凝有相变沸腾4.4.4对流传热过程的量纲分析4.4.4.1对流传热系数的影响因素对流传热是流体在外界条件作

5、用下，在一定几何形状、尺寸的设备中流动时与固体壁面之间的传热过程，因此影响的主要因素是：1.流体的种类和相变化情况а气体<а液体а有相变>а无相变2.流体的物性对а影响较大的流体物性有导热系数、粘度μ、比热Cp、密度ρ及对自然对流影响较大的体积膨胀系数β。具体地：l↑、μ↓、Cp↑、ρ↑、β↑→а↑3.流体的温度流体温度对对流传热的影响表现在流体温度与壁面温度之差Δt，流体物性随温度变化程度及附加自然对流等方面的综合影响。故计算中要修正温度对物性的影响。在传热计算过程中，当温度发生变化时用以确定物性所规定的温度称为定性温度。4.流体的流动状态流体呈湍流时

6、，随着Re的增加，滞流底层的厚度减薄，阻力降低，а增大。流体呈滞流时，流体在热流方向上基本没有混杂作用，故а较湍流时小。即：а滞流<а湍流5.流体流动的原因自然对流：由于流体内部存在温度差，因而各部分的流体密度不同，引起流体质点的相对位移。强制对流：由于外来的作用，迫使流体流动。а自然对流<а强制对流4.4.4.2对流传热过程的l量纲分析6.传热面的形状、位置和大小传热壁面的几何因素对流体沿壁面的流动状态、速度分布和温度分布都有较大影响，从而影响对流传热。如流体流过平板与管内的流动就不同，在自然对流时垂直热表面侧的流体就比水平热表面下面的流体自然对流条件要好

7、。因此必须考虑传热面的特定几何条件对传热的影响，一般采用对对流传热有决定性影响的特征尺寸作为计算依据，称为定性尺寸。由于影响对流传热系数的因素众多而复杂，因此不可能用一个通式来描述，为此首先进行理论分析，将众多的影响因素组合成若干无量纲数群(准数)，然后用实验的方法确定这些准数间关系，从而建立相应的关联式。本节采用白金汉法处理对流传热问题，适用于变量较多的情况。4.4.4.2.1流体无相变时的强制对流传热过程步骤：1.列出影响该过程的物理量据理论分析及实验研究，知影响a的因素有：定性尺寸l，流体的密度ρ，粘度μ，比热Cp，导热系数l，流速u，可将其表示为：

8、а＝f(l,ρ，μ，Cp，l，u)2.确定准数数目π