习题答案.PPT

6.3 对流传热 6.3.1理论分析法求 6.3.2实验方法求 6.3.3 类比法求 对流传热系数小结 的数量级,第六章 热量传递,6.3 对流给热,对流传热温度分布,对流传热：指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为1的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述。, 6.3 对流传热,什么是对流传热？,流动的流体与外界的传热,静止流体与外界的传热,强制对流,自然对流,的获得主要有三种方法：, 6.3 对流传热,用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。,把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程。,建立理论方程式，用数学分析的方法求出的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等。,连续性方程和N-S方程，得到速度场壁面处的速度梯度 壁面力 ,6.3.1 理论分析法求,回忆：第一章范宁因子f 的理论求解过程：,的理论求解过程为：,边界层是对流传热的主要热阻所在。,6.3.1 理论分析法求,影响的因素主要有： 1.引起流动的原因：自然对流和强制对流 2.流动型态：层流或湍流 3.流体的性质：、cp、等 4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、 管内与管外等 5.有相变与无相变： cp或汽化潜热r,6.3.2 实验方法求,因次分析法：,-格垃霍夫准数Gr是雷诺数的一种 变形，表征自然对流时的“雷诺数”,无因次数群：,-努塞特准数，表示导热热阻与对流热阻之比,6.3.2 实验方法求,-普兰特准数，反映物性的影响。 一般，气体的Pr1,故,6.3.2 实验方法求,思考2： 与u、d有何比例关系？,（教材式6-41）,思考1： 为什么加热时n取0.4，冷却时取0.3？,（一） 无相变时,6.3.2 实验方法求,Why？,Why？,若使用条件不满足上述条件时，需修正：,（1）对于短管，L/d60,乘上一个大于1的校正系数：用式（6-43）,（2）当壁面与流体主体温差较大时，需引入一个校正项：,教材式6-42,（3）非圆形管的强制湍流：,上式仍可使用，但需将d换成de,（4）弯管内：,乘上一个大于1的校正系数：式6-44,（一） 无相变时,2. 管内层流时 见教材250 式6-47,（3）流体在管壳间的对流传热：,Why？,3、管外的强制对流传热 （1）流体横向流过单管传热： （2）流体横向流经管束（管簇）的传热：,（一） 无相变时,A、b为经验常数。,4、自然对流,（一） 无相变时,式6-53,思考 1.换热器的热负荷与传热速率有何不同？ 2.用火炉烧开水，炉底的温度是接近火焰的温度还是接近水的温度？ 3.金属的导热系数大都随其纯度的增加而_，随其温度的升高而_。（增大；减小） 4.对流传热的热阻主要集中在_，因此，_是强化对流传热的重要途径。（滞流内层；减薄滞流内层的厚度） 5.多层圆筒壁稳定导热时，通过各层的热流密度相等吗？ 6.在稳态传热中，凡热阻大处其温差也大。 （ ） 7.由多层等厚平壁构成的导热壁面中, 所用材料导热系数愈大， 则该壁面的热阻就_, 其两侧的温度差愈_。,8.在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在_，减少热阻的最有效的措施是_。 9.一杯开水（）置于的静止空气中，问杯子两侧流体的传热各属何种类型？哪一侧热阻大？ 若将杯子浸在的冷水中（两流体不直接接触），能否增强传热？ 仍置于空气中，但使杯外的空气流动，问能否增强传热？理由？ （均为自然对流，气侧还有辐射，空气侧热阻大； 能增强传热，因为水的对流传热系数比空气大；能增强传热，因为强制对流的对流传热系数比自然对流大） 10.一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应，主要原因是。,例1.水以2m/s的流速通过552.5mm，长2m的钢管去冷却套管换热器中环隙中的苯，已知水温由25升高到55，试计算(1）水对管壁的,(2) 若将水流量提高30%，在其它条件相同的情况下，水对管壁的给热系数又为多少？ 解：（1）水的定性温度t定=（25+55）/2=40 从附录中查水的物性常数 （pg360） =992.2kg/m3 =0.6338w/m.k =0.656010-3N.S/m2 Pr=4.32 判断管子内水的流动类型 : Re=du/=0.052992.2/0.656010-3=1.519104,(2)在其它条件相同的情况下，水流量提高30%,例2有一套管换热器，内管为382.5mm，外管为573mm的钢管，苯在内管中流动，流量为4500kg/h，进口温度为30，出口温度为50，甲苯在环隙中流动，进口温度为72，出口温度为38，试求管壁对甲苯的对流传热系数。甲苯的密度为830kg/m3。 解：据热量衡算式求甲苯流量 Q=qm1Cp1(T1-T2) = qm2Cp2(t2-t1) 内管（冷流体） 苯 定性温度=（30+50）/2=40 查得Cp2=1.80kJ/kg 环隙(热流体) 甲苯 定性温度=（72+38）/2=55 查得Cp1=1.84kJ/kg =830kg/m3 =0.13w/m.k =0.4310-3N.S/m2 qm1=45001.8(50-30)/1.84(72-38)=2590kg/h,qv1=2590/(3600830)=0.00087m3/s 流通截面积A=0.785(0.0512-0.0382)=0.00091m2 u=qv1/A=0.956m/s de=D内-d外=0.051-0.038=0.013m,例3.有一列管式换热器，由60根252.5mm的钢管组成，水在钢管内的流速为1m/s，冷水进口温度为20，出口温度为46，管长2m,试求(1)水的,(2)管内壁面的平均温度；(3)若将总管数改为50根，管长为2.4m,总传热面积不变，冷却水量不变，求此时的。 解：（1）水的定性温度tm=（20+46）/2=33 从附录中查水的物性常数,=994kg/m3 =0.622w/m.k =0.75210-3N.S/m2 Cp=4.174KJ/