高职高专化工原理教学 陆美娟 传热 对流传热

会计学1高职高专化工原理教学陆美娟传热对流传热热流体冷流体TtTwtwQQ

流体通过间壁的热交换一、对流传热基本方程和对流传热系数1、对流传热定义指流体和固体壁面间的传热过程流体与固体壁面之间传热流体中质点发生相对位移而引起热交换包括：4.3对流传热第1页/共23页（1）湍流区：质点相互混合交换热量，温差小，主体温度T、t（2）过渡区：质点混合、分子运动共同作用，温度变化平缓（3）层流内层：导热为主，热阻大、温差大

改善流动状况，特别是减薄层流内层厚度，可使传热速率大大提高2、温度分布热流体冷流体TtTwtwQQ

流体通过间壁的热交换第2页/共23页TtδL1TwδL2δttW3、牛顿冷却定律对流传热问题→导热问题(1)虚拟膜：集中全部温差，以热传导方式传热(2)基本方程令α=λ/δt—对流给热系数第3页/共23页（3）对流给热系数α的物理意义①②度量对流给热过程的强度因此α是计算关键，其值一般由实验测定第4页/共23页代价：动力消耗↑二、影响对流给热系数的因素

（2）流体流动原因

强制对流：外部机械作功，一般流速较大，α也较大

自然对流：由流体密度差造成的循环过程，一般流速较小，α也较小（1）流体流动状态第5页/共23页（3）流体的物理性质定性温度：计算对流传热系数的特征温度一般：第6页/共23页

壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等，造成边界层分离，增加湍动，使α增大（4）传热面的形状、位置和大小第7页/共23页（5）相变化的影响

有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾无相变传热：强制对流、自然对流

一般地，有相变时对流传热系数较大蒸汽冷凝，例：水强制对流，第8页/共23页1、量纲分析过程三、无相变时对流传热过程的量纲分析①优点：减少实验次数②依据：物理方程各项量纲一致③步骤：（a）通过理论分析和实验观察，确定相关因素（b）构造函数形式第9页/共23页（c）列出量纲指数的线性方程组（M、L、T、）（d）规定已知量（指数），确定余下指数表达式（e）整理特征数方程形式第10页/共23页①努赛尔特数▲反映对流传热的强弱，包含对流传热系数▲反映流动状态对α的影响l：特征尺寸，平板——流动方向的板长管——管径或当量直径2、特征数的物理意义②雷诺数第11页/共23页

③普兰特数▲反映流体物性对传热的影响注意：

*查取定性温度下的物性*计算所用单位，SI制

④格拉斯霍夫数（浮升力特征数）▲反映自然对流的强弱程度第12页/共23页四、无相变时的对流传热系数1、管内强制对流传热一般关系式：传热流动状态划分（区别于流体流动时规律）流动状态不同，则A、a、f

值不同第13页/共23页（1）圆形直管内强制湍流的对流传热系数a)一般流体定性温度：tm=(t1+t2)/2特征尺寸：管内径d适用条件：第14页/共23页流体被加热，n=0.4流体被冷却，n=0.3保证流体达到传热湍流注意：避开传热进口段，保证稳态传热

b)圆形直管内过渡流计算：采用湍流公式，但需加以校正第15页/共23页c)流体流过短管（l/d<60）d)粘度较大流体近似取：定性温度：tm=(t1+t2)/2特征尺寸：管内径d适用条件：

第16页/共23页（2）圆形直管内强制层流特点：1）传热进口段的管长所占比例较大

2）自然对流的影响，有时不可忽略定性温度：tm=(t1+t2)/2；特征尺寸：管内径d

适用条件：第17页/共23页（3）圆形弯管内的强制对流特点：离心力使径向压力不均，产生二次环流结果：流体湍动程度增加，使α增加；阻力损失增加（4）非圆形管内强制对流★采用圆形管内相应的公式计算，但特征尺寸采用当量直径★最好采用专用经验公式。如：套管环隙R

弯管内流体的流动d第18页/共23页例4-4结论：圆形直管内强制湍流，对流传热系数与流速的0.8次方成正比。问：若管径减小一半呢？（保持湍流，忽略温度对物性参数的影响）第19页/共23页练习水在圆直管中作强制湍流流动，被加热（无相变）。在水的流量不变的情况下（假设物性参数不变），仅将换热管的内径增大一倍，则管径增大后的对流给热系数为改变前的＿＿＿＿倍。某低粘度的液体在圆直管内作强制湍流流动，与管壁进行无相变传热。现