化工流体流动与传热4.3 对流传热概述.ppt

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1、第4章传热4.1概述4.2热传导4.3对流传热概述1流体流过固体壁面(流体温度与壁面温度不同)时的传热过程称为对流传热。流体无相变的对流传热①强制对流传热②自然对流传热流体有相变的对流传热①蒸气冷凝②液体沸腾4.3对流传热概述根据流体在传热过程中的状态：24.3对流传热概述1.对流传热速率方程4.3.1对流传热速率方程和对流传热系数3对流传热是一复杂的传热过程，影响对流传热速率的因素很多，而且不同的对流传热情况又有差别，因此对流传热的理论计算是很困难的，目前工程上仍按下述的半经验方法处理。1.对流传热速率方程对流传热速率=对流传热推

2、动力/对流传热阻力=系数×推动力4对流传热速率可由牛顿冷却定律描述温度差局部对流传热系数微分对流传热通量1.对流传热速率方程5换热器的传热面积有不同的表示方法，可以是管内侧或管外侧表面积。例如，若热流体在换热器的管内流动，冷流体在管间(环隙)流动，则对流传热速率方程式可分别表示为1.对流传热速率方程64.3对流传热概述1.对流传热速率方程4.3.1对流传热速率方程和对流传热系数2.对流传热系数72.对流传热系数牛顿冷却定律也是对流传热系数的定义式，即对流传热系数在数值上等于单位温度差下、单位传热面积的对流传热速率，其单位为W/(m2

3、·℃)。它反映了对流传热的快慢，α愈大表示对流传热愈快。表4-5列出了几种对流传热情况下α的数值范围。84.3对流传热概述4.3.1对流传热速率方程和对流传热系数4.3.2对流传热机理简介1.对流传热分析9对流传热是借流体质点的移动和混合而完成的，因此对流传热与流体流动状况密切相关。对流传热图4-13对流传热的温度分布情况1.对流传热分析10当流体流过固体壁面时，由于流体黏性的作用，使壁面附近的流体减速而形成流动边界层，边界层内存在速度梯度。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1.对流传热分析11层

4、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1.对流传热分析12对流传热是集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。1.对流传热分析132.热边界层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14图4-14平板上的热边界层o2.热边界层15若紧靠壁面处薄层流体内的传热只能是热传导，则传热速率可用傅里叶定律表示，即紧靠壁面处薄层流体的温度梯度2.热边界层16根据牛

5、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均温度2.热边界层17因此有上式为对流传热系数的另一定义式，该式表明，对于一定的流体和温度差，只要知道壁面附近的流体层的温度梯度，就可由该式求得α。热边界层的厚薄影响层内的温度分布，因而影响温度梯度。当边界层内、外侧的温度差一定时，热边界层愈薄，则(dt/dy)w愈大，因而α就愈大。反之，则相反。2.热边界层18流体在管内流动时，热边界层的发展过程也和流动边界层相似。流体进入管口后，边界层开始沿管长而增厚;在距管入口一定距离

6、处，于管子中心相汇合，边界层厚度即等于管子的半径，此时称为充分发展流动。流体在管内传热时，从开始加热(或冷却)到α达到基本稳定的这一段距离称为进口段。2.热边界层194.3对流传热概述4.3.1对流传热速率方程和对流传热系数4.3.2对流传热机理简介4.3.3保温层的临界直径20通常，热损失随保温层厚度的增加而减少。但是在小直径圆管外包扎性能不良的保温材料，随保温层厚度增加，可能反而使热损失增大。4.3.3保温层的临界直径21式中R1为保温层的热传导热阻，R2为保温层外壁与空气的对流传热热阻。当保温层厚度增加(即ri不变，ro增大)

7、时，热阻R1虽然增大，但是热阻R2反而下降，因此有可能使总热阻(R1+R2)下降，导致热损失增大。热损失可表示为4.3.3保温层的临界直径22解得一个Q为最大值时的临界半径整理得4.3.3保温层的临界直径23习惯上以rc表示Q最大时的临界半径，故或dc为保温层的临界直径。若保温层的外径小于dc，则增加保温层的厚度反而使热损失增大。只有在do>2λ/α下，增加保温层的厚度才使热损失减少。4.3.3保温层的临界直径24图4-15保温层的临界直径dc4.3.3保温层的临界直径25第4章传热4.1概述4.2热传导4.3对流传热概述4.4传热

8、过程计算4.4.1热量衡算26假设换热器的热损失可忽略，则单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。对于换热器的微元面积dS，其热量衡算式可表示为对于整个换热器，其热量衡算式为热平衡方程27若换热器中两流体无相变化，且流体的比热