化工原理少课时版第三节对流.ppt

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1、第三节对流传热对流传热是指流体中质点发生相对位移和混合而引起的热量传递。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况相关。在对流传热的同时伴有流体间的导热现象，通常对流传热是指流体与固体壁面间的传热过程。自然对流：温差引起密度差，造成流体流动。强制对流：流体靠外加动力流动，造成对流。一、对流传热方程与对流传热系数假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为δ1‘的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述。流动的流体与外界的传热静止流体与外界的传热强制对流自然对流对流

2、传热系数，W/m2K边界层是对流传热的主要热阻所在。ttwQ(1)流体的物理性质:、Cp、、、(2)流体对流起因：强制对流、自然对流(3)流体流动状态:强制对流速度大，大。(4)流体相态变化(5)传热面的形状、相对位置及尺寸二、影响对流传热系数的因素的获得主要有三种方法：1．理论分析法：2．实验方法*：3．类比方法：用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程。建立理论方程式，用数学分析的方法求出的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程，如管内层流、平板上

3、层流等。影响的因素主要有：1.引起流动的原因：自然对流和强制对流2.流动型态：层流或湍流3.流体的性质：、、cp、等4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、管内与管外等5.有相变与无相变：cp或汽化潜热r因次分析法：------格拉斯霍夫准数Gr是雷诺数的一种变形，表征自然对流时的“雷诺数”无因次数群：-----努塞尔准数，表示导热热阻与对流热阻之比-----普朗特准数，反映物性的影响。一般，气体的Pr<1，液体的Pr>1三、对流传热的特征关系式故（式4-18）四、流体无相变时对流传热系数的经验关联式注意cp的单位是？（4

4、-19）（2）高粘度流体（4-20）Why？因为：管内未充分发展，层流底层较薄，热阻较小。式（4-19），（4-20）是两个基本方程，若使用条件不满足上述条件时，需修正：（3）对于短管，L/d<60乘上一个大于1的校正系数：乘上一个大于1的校正系数：（4）对于弯管：2.圆形直管内过渡流的对流传热系数（4-21）IIIIII、（二）流体在管外强制对流传热（4-24）五、流体有相变时的对流传热（一）、蒸汽冷凝时的对流传热当饱和蒸汽与低于其温度的冷壁接触时,蒸汽凝结为液体,放出汽化潜热。在饱和蒸汽冷凝过程中，汽液两相共存。在冷凝传热过程中，蒸汽凝结面产生

5、的冷凝液形成液膜并覆盖在壁面上。因此，蒸汽的冷凝只能在冷凝液表面上发生，冷凝时放出的潜热必须通过这层液膜才能传给冷壁。可见，冷凝传热过程的热阻几乎全部集中于冷凝液膜内。这是蒸汽冷凝传热过程的一个主要特点。蒸汽冷凝方式：膜状冷凝、滴状冷凝（1）膜状冷凝当冷凝液能润湿壁面时，则在壁面上形成一层完整的液膜。垂直平壁面和水平圆管外液膜的流动情况如图所示：（2）滴状冷凝当冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下。如图所示滴状冷凝时，冷凝液在壁面上不能形成完整的液膜将蒸汽分开，大部分冷壁面直接暴露在蒸汽中，可供蒸汽冷凝。

6、因此热阻小得多。实验结果表明，滴状冷凝的给热系数比膜状冷凝的给热系数大5～10倍。但是，到目前为止，在工业冷凝器中即使采用了促进滴状冷凝的措施，也不能持久。所以，工业冷凝器的设计都按膜状冷凝考虑。2.蒸汽在水平管外膜状冷凝时的对流传热系数（4-27）水平管外冷凝3.蒸汽在垂直管外膜状冷凝时的对流传热系数液膜沿垂直壁面的流动情况在前面已经提到。液膜厚度沿壁高的变化必然导致热阻及给热系数沿高度有一个不均匀的分布。对于垂直管或壁层流时（Re<1800）湍流时（Re>1800）（4-29）（4-28）液膜雷诺准数Re的计算(4-30)(4-31)(4-32

7、)4、影响冷凝传热的因素（1）不凝性气体的影响实际上，工业用蒸汽不可能绝对纯净，其中总会有微量的不凝性气体冷凝器连续工作过程中，蒸汽不断地冷凝，不凝性气体将不断地在冷凝空间积聚。不凝性气体的积聚，使冷凝给热系数较大幅度地降低。这是因为在汽液界面上，可凝性蒸汽不断凝结，不凝性气体则被阻留形成一层不凝性气体层，这相当于附加一额外热阻，使蒸汽冷凝给热系数大为降低。由此，蒸汽冷凝器中必须设有不凝性气体排放口，定期排放，以减少不凝性气体的不良影响。（2）蒸汽的流速和流向的影响两向相同时，蒸汽将加速冷凝液的流动，使膜厚减小，结果α增大。反之，膜厚增厚，α减小。

8、但当蒸汽流速大到能够冲散液膜使部分壁面直接暴露于蒸汽中，α增大。通常，蒸汽入口设在换热器的上部，以避免蒸汽和冷凝液逆向流动