硅酸盐工业热工基础之-4.3(国)对流换热.ppt

1 4 3对流换热 4 3 1对流换热基本概念 对流传热与对流换热对流传热 在流体内部依靠流体年的宏观位移将热量从高温处传向低温处对流换热 流体与固体之间接触时彼此之间的换热过程 对流换热与对流传热的区别传热的方式不同 对流换热包括流体位移时的对流传热 也包括传导 1 4 3 2对流换热影响因素 流体动的动力 A 强制流动 B 自由流动 流体流动状态层流 主要依靠流体传导 与流体流动速度无关 紊流 依靠传导和对流 与边界层热阻有关 运动速度越大 越大 越大 流体物理性质 流体密度 比热越大 热流量越大 导热系数大的流体 热阻小 热流量越大 流体粘度大 边界层厚度大 热流量越小 固体壁面的形状和位置 单位质量流体浮升力 0g t 1 4 3 3对流换热基本定律 牛顿冷却定律换热的热流量q与流体和固体壁面之间温度差成正比 即 q tw tf w m2 的意义 表示单位时间内 当流体与固体壁面之间温度差为1 时 通过单位面积的热量 计算中 将影响q的全部因素归结到 使计算公式简化 即 f l1 l2 l3 u tw tf 1 4 3 4对流换热过程相似理论 相似概念 A 几何相似 B 物理量的分布相似 C 物理现象相似 相似 相似 1 流体力学相似 欧拉准数表示意义 流体静压头与动压头之比雷诺准数表示意义 表示流体惯性力与粘滞阻力之比葛拉晓夫准数表示意义 流体浮升力与粘滞阻力之比 相似准数准数 具有一定物理意义的无因次数群 几何相似 两个系统对应边成比例 对应角相等 1 热力学相似普兰特准数 意义 表示流体的物性参数 努谢特准数 意义 传导热阻与对流热阻之比 1 4 3 5对流换热准数方程 因次分析法因次和谐性 物理方程所包含各项在因次上一致 基本物理量 国际单位制中7个基本物理量 长度 L 温度 质量 M 时间 量 mol 电流 A 埃得拉 ed 对流换热准数方程 f l1 l2 l3 u tw tf 即Nu AReaPrbGrc或 Nu f Re Pr Gr 1 几种特殊情况 流体强制流动 自然对流可以忽略 即Gr 0Nu f Re Pr 流体种类已知 Pr为常数 即Nu f Re 流体自然流动 Re可忽略 Nu f Gr Pr 流体种类已知 Pr为常数 即Nu f Gr 1 定性温度和定性尺寸 定性温度 决定准数中物理参数值的温度 常用定性温度 流体与固体壁平均温度 固体壁面温度 流体平均温度 定性尺寸 对流体流动有决定意义的壁面与流体接触的几何尺寸 常见定性尺寸 流体在管道中流动 管道直径或当量直径 横向掠过单管或管道族 管道外径 纵向掠过单管或管道族 管道流动方向的长度 1 4 3 6不同情况的对流换热系数计算 计算方法 查各条件下的准数方程 计算Nu 利用计算 利用牛顿冷却定律计算q 常见情况下的对流换热计算 1 强制对流 适用条件 定性温度为流体平均温度 定性尺寸为管子内径 1 流体在圆管内紊流流动 1 2 流体在圆管内层流流动 适用条件 定性温度为流体平均温度 定性尺寸为管子内径 Ref0 6 Ref Prf d l 10 3 流体掠过平板紊流流动 适用条件 5 105 Re 107 Prf 0 5 50 定性温度为边界层平均温度 定性尺寸为板长 1 4 流体掠过平板层流流动 适用条件 Re1 定性温度为边界层平均温度 定性尺寸为板长 5 流体外掠单管 适用条件 定性温度为流体温度 定性尺寸为单管外径 c n与Re有关的实验常数 1 2 自然对流 自然对流的准数方程 幂函数形式 1 垂直平壁及直圆筒 Gr Pr 104 109 Gr Pr 109 1013 定性温度为边界层平均温度 定性尺寸为高度 1 2 水平圆筒 Gr Pr 104 109 Gr Pr 109 1012 3 经验公式 在垂直壁面上K 2 56 在水平壁面上 热面向上 K 3 26 在水平壁面上 热面向下 K 1 63 定性温度为边界层平均温度 定性尺寸为外径 1 3 强化对流换热因素分