化工原理.对流传热

工业上遇到的对流传热常指间壁式换热器中两侧流体与固体壁面之间的热交换，即流体将热量传给固体壁面或者壁面将热量传给流体的过程称之为对流传热（或称对流给热）。,第三节对流传热,一、对流传热过程分析,二、牛顿冷却定律,式中Q对流传热速率，W；对流传热系数，W/(m2)；t对流传热温度差，；A传热面积，m2。,有效膜厚度,三、影响对流传热系数的因素,1.引起流动的原因自然对流：由流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由外力和压差而引起的流动。,强自,2.流体的物性:，cp,3.流动形态:层流、湍流湍层,4.传热面的形状，大小和位置形状：如管、板、管束等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。,5.是否发生相变:蒸汽冷凝、液体沸腾相变无相变,四、对流传热系数经验关联式,（一）因次分析,式中l特性尺寸；u特征流速。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度变量总数：8个由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。,f(u，l，cp，gt),Nusselt，表征传热系数的准数,Reynolds，流动型态对对流传热的影响,Prandtl，流体物性对对流传热的影响,Grashof，自然对流对对流传热的影响,（努塞尔特准数）,（雷诺准数）,（普朗特准数）,（格拉斯霍夫准数）,（二）实验结果整理以强制湍流为例：NucReaPrb1采用不同Pr的流体，固定RelogNublogPrlogcRea双对数坐标系得一直线，斜率为b,2相同Pr的流体在不同的Re下logNu/PrbalogRelogc双对数坐标系中得一直线斜率为a，截距为logc,定性温度的取法：,（三）定性温度、特性尺寸的确定,2特性尺寸取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。,3准数关联式的适用范围。,1确定物性参数cp、等数值的温度称为定性温度。,（一）流体在管内的强制对流,适用范围：Re10000，0.760,五、无相变时对流传热系数经验关联式,1圆形直管内的湍流,注意事项：,特征尺寸为管内径di流体被加热时，n0.4；被冷却时，n0.3。,强化措施：u,u0.8d,d-0.2流体物性的影响，大的流体,以下是对上面的公式的修正：(1)高粘度流体,Re10000，0.760定性温度除w取壁温外，其余均取进出口温度的平均值；特征尺寸为di,(2)短管：l/d60,管子入口处的流体扰动程度较大，热阻较小，则较大，则短管整个管长的平均要比长管的平均大。,(3)过渡流（2300Re表面张力,滴状冷凝：若冷凝液不能很好地润湿壁面，仅在其上凝结成小液滴，此后长大或合并成较大的液滴而脱落。,附着力10m/s）同向时，；反向时，；u,4)冷凝面的形状和位置目的：减少冷凝液膜的厚度垂直板或管：开纵向沟槽水平管束：可采用错列,容器内液体温度高于饱和温度时，液体汽化而形成气泡的过程，称为沸腾。沸腾种类：1）大容积沸腾（或池内沸腾）把加热面浸入大容器的液体中，液体被壁面加热而引起无强制对流的沸腾现像。2）管内沸腾液体在管内流动过程中加热沸腾。,（二）液体沸腾,汽化核心生成汽泡长大脱离壁面新汽泡形成搅动液层,沸腾曲线1）自然对流阶段tt5K3）不稳定膜状沸腾250Kt25K,工业上：核状沸腾,4）稳定膜状沸腾t250K,优点：大，tW小,沸腾传热的影响因素及强化措施1）液体的性质,强