化工原理上册天津大学柴诚敬39－40学时

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1、第五章传热5.4对流传热1对流传热是指运动流体与固体壁面之间的热量传递过程，对流传热与流体的流动状况密切相关。对流传热概述图5-12对流传热的温度分布情况2无相变有相变强制对流自然对流对流传热蒸汽冷凝液体沸腾概述3第五章传热5.4对流传热5.4.1对流传热机理和对流传热系数4图5-12对流传热的温度分布情况一、对流传热机理5一、对流传热机理当湍流的流体流经固体壁面时，将形成湍流边界层，若流体温度与壁面不同，则二者之间将进行热交换。层流内层缓冲层湍流核心湍流边界层传热方式热传导热传导和涡流传热涡流传热6层流内层缓冲层湍流核心湍流边界层温度梯度较大居中较小热阻较大居中较小对流传热是集

2、热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层流内层，因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。一、对流传热机理7二、热边界层及对流传热系数靠近壁面的存在温度梯度的薄流体层定义为热边界层。在热边界层以外的区域，流体的温度基本上相同，即温度梯度可视为零。热边界层8图5-13平板上的热边界层二、热边界层及对流传热系数9若紧靠壁面处薄层流体内的传热只能是热传导，因此传热速率可用傅立叶定律表示，即紧靠壁面处薄层流体的温度梯度二、热边界层及对流传热系数10根据牛顿冷却定律，流体和壁面间的对流传热速率方程为换热器任一截面上与热流体相接触一侧的壁温换热器任一截面上热流体的平

3、均温度二、热边界层及对流传热系数11因此有对流传热系数的另一定义式，它表明了对流传热系数与壁面温度梯度之间的关系。二、热边界层及对流传热系数12二、热边界层及对流传热系数当流体流过圆管进行传热时，管内热边界层的形成和发展。对于一定的管长，破坏边界层的发展也能强化对流传热。对于同一种流体，强制对流传热的对流传热系数要大于自然对流的，有相变化的要大于无相变化的。13第五章传热5.4对流传热5.4.1对流传热机理和对流传热系数5.4.2对流传热的量纲分析14一、影响对流传热系数的因素1.流体的种类和相变化的情况2.流体的特性：导热系数、黏度、比热容、密度以及体积膨胀系数3.流体的温度4

4、.流体的流动状态5.流体流动的原因6.传热面的形状、位置和大小15二、对流传热过程的量纲分析1.根据对问题的观察，找出影响对流传热过程的因素2.通过量纲分析确定相应的量纲为一数群（准数）3.通过实验确定相应的经验关联式公式。量纲分析步骤16量纲分析的基本依据是π定理：一个表示n个物理量间关系的量纲一致的方程式，一定可以转换成包含n-m个独立的量纲为一数群间的关联式，m指n个物理量中所涉及的基本量纲的数目。量纲分析的核心在于确定n和m，并用一定技巧将各个量纲为一数群的内涵确定下来。量纲分析基本依据二、对流传热过程的量纲分析171.流体无相变时的强制对流传热过程（1）列出影响该过程的

5、物理量传热设备的特征尺寸二、对流传热过程的量纲分析18（2）确定量纲为一数群的数目上述7个变量（物理量）涉及到4个基本量纲：长度、质量、时间和温度依据π定理，量纲为一数群的数目等于7-4=3二、对流传热过程的量纲分析19通过量纲分析，可确定努赛尔特数(Nusseltnumber)雷诺数(Reynoldsnumber)表示对流传热系数的准数表示惯性力与黏性力之比，是表征流动状态的准数二、对流传热过程的量纲分析20普兰德数(Prandtlnumber)表示速度边界层和热边界层相对厚度的一个参数，反映与传热有关的流体物性。强制对流（无相变）传热时的准数关联式因此，有二、对流传热过程的量

6、纲分析212.自然对流传热过程（1）列出影响该过程的物理量传热设备的特征尺寸作用在单位体积流体上的浮力二、对流传热过程的量纲分析22（2）确定量纲为一数群的数目上述7个变量（物理量）涉及到4个基本量纲：长度、质量、时间和温度依据π定理，量纲为一数群的数目等于7-4=3二、对流传热过程的量纲分析23通过量纲分析，可确定努赛尔特数(Nusseltnumber)普兰德数(Prandtlnumber)二、对流传热过程的量纲分析24格拉斯霍夫数(Grashofnumber)表示由温度差引起的浮力与黏性力之比自然对流（无相变）传热时的准数关联式因此，有二、对流传热过程的量纲分析253.使用由

7、实验数据整理得到的关联式应注意的问题（1）应用范围关联式中Re、Pr等准数的数值范围等；（2）特性尺寸Nu、Re等准数中的ℓ应如何确定；（3）定性温度各准数中的流体物性应按什么温度查取。二、对流传热过程的量纲分析26第五章传热5.4对流传热5.4.1对流传热机理和对流传热系数5.4.2对流传热的量纲分析5.4.3流体无相变时的对流传热系数27一、流体在管内作强制对流1.流体在光滑圆形直管内作强制湍流（1）低黏度流体可应用迪特斯（Dittus）—贝尔特（Boelter）关联式或当流