表面传热系数的经验关联

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1、代价：动力消耗↑。4.4表面传热系数的经验关联4.4.1影响表面传热系数的因素（2）流体流动原因强制对流：外部机械作功，一般流速较大，h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，h也较小。（1）流体流动状态（3）流体的物理性质定性温度：计算表面传热系数的特征温度一般，（4）传热面的形状、位置和大小壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等，造成边界层分离，增加湍动，使h增大。（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，有相变时表面传热系数较大。例：水强制对

2、流，蒸汽冷凝，4.4.2无相变化时对流传热过程的量纲分析（1）量纲分析过程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；（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。①努赛尔数说明：▲反映对流传热的强弱，包含表面传热系数；▲努赛尔数恒大于1。说明：反映流动状态对h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

3、诺数③普朗特数说明：▲反映流体物性对传热的影响▲反映热扩散和动量扩散的相对大小▲反映流动边界层和热边界层的相对厚度使用时注意：*查取定性温度下的物性；*计算所用单位，SI制。说明：反映自然对流的强弱程度。④格拉晓夫数（浮升力特征数）强制对流自然对流混合对流10210310410510100200230010210310410Gr/Pr=1管内强制对流Nu/Pr0.4与Re的关系Nu/Pr0.4Re14.4.3无相变化的对流传热（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）①流体在圆形直

4、管内湍流时的表面传热系数a)一般流体流动状态不同，则c、m、n值不同流体被加热，n=0.4流体被冷却，n=0.3定性温度：tm=(t1+t2)/2特征尺寸：管内径di保证流体达到传热湍流；适用条件：说明：避开传热进口段，保证稳态传热。传热进口段：传热正在发展，h不稳定(随管长增加h减小)OxNux或hxNuxhxNux或hx的变化趋势tc,Wtc,Wxentt(r,x)充分发展了的边界层层流情况下流体在管内温度分布进口段温度分布和局部表面传热系数的变化传热进口段长度：进口到传热边界层汇合点间的长度。说明：经验公式

5、，有一定误差。b)粘度较大流体近似取：适用条件：定性温度：tm=(t1+t2)/2特征尺寸：管内径dic)流体流过短管（l/d<50）影响：处于传热进口段，表面传热系数较大。计算：采用以上各式计算h，并加以校正。d)圆形直管内过渡流时表面传热系数计算：采用湍流公式，但需加以校正。说明：设计换热器时，一般避免过渡流。107过渡状态的传热103102l/d=500.0011041051060.0020.010.1400200100e)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）热流方向不同，也会影响

6、；3）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di。适用条件：f)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h增加；同时，流动阻力损失增加。g)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式中：②管外强制对流a)流体横向流过单管A流体横向流过单根圆管外时流动情况表面传热系数分布1）低雷诺数（70800~101300）φ=0-80°，层流边界层

7、厚度增大使h↓，φ>80°，边界层分离，使h↑，有一个最低点。2）高雷诺数（140000~219000）有两个最低点：N01：φ=70-80°，层流边界层→湍流边界层；N02：φ=140°（分离点），发生边界分离。400300200100500800700600160o120o40o0o80oΦNu不同Re下流体横向流过圆管时局部努塞尔数的变化Reф=21900018600014000010130070800170000常数C、指数n见下表沿整个管周的平均表面传热系数：ReCn0.4~44~4040~400040

8、00~4000040000~4000000.9890.9110.6830.1930.02660.3300.3850.4660.6180.805特征尺寸：管外径◆管束的排列方式直列（正方形）、错列（正三角形）b)流体横向流过管束的表面传热系数x2x1d直列管束中管子的排列和流体在管束中运动特性的示意x1x2d错列管束中管子的排列和流体在管束中运动特性的示意直列第一排管直接冲