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2020 3 19 第四章传热 一 管内对流传热的分析二 壁面和流体的对流传热速率三 热边界层 第三节对流传热 2020 3 19 一 管内对流传热的分析 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 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 2020 3 19 2020 3 19 对流传热是集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滞流内层 减薄滞流内层的厚度是强化对流传热的主要途径 2020 3 19 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 2020 3 19 2020 3 19 式中 t 总有效膜厚度 e 过渡区 湍流区虚拟膜厚度 层流底层膜厚度 牛顿冷却定律的说明 建立膜模型 流体被冷却 T TW t tW t dQ 2020 3 19 稳态传热过程 2020 3 19 在换热器中 局部对流传热系数 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 2020 3 19 三 热边界层与换热微分方程式 热边界层 温度边界层 壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域 温度边界层内的温度分布与流动边界层内流体的流动情况有关 在靠近壁的层流内层中流动为层流 热量传递通过导热进行 温度分布曲线的斜率大 温度梯度大 2020 3 19 在缓冲层内 由于对流传热的作用 温度梯度变小 在湍流核心 质点湍动强烈 对流很快 温度梯度更小 则 2020 3 19 理论上计算对流传热系数 表明 对一定的流体 当流体与壁面的温度差一定时 对流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度 热边界层的厚薄 影响层内温度分布 因而影响温度梯度 当边界层内 外的温度差一定时 热边界层越薄 温度梯度越大 因而 也就上升 因此通过改善流动状况 使层流底层厚度减小 是强化传热的主要途径之一 2020 3 19 四 保温层的临界直径 设 保温层内表面温度为t1 周围环境温度为tf 保温层的内外径分别为d1和d2 保温层外表面对环境的对流传热系数为 稳定传热时 管道的热损失为 2020 3 19 Q tf t1 ri ro do q 2020 3 19
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