化工原理上考研精品课程43对流传热.ppt

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1、4.3对流传热4.3.1对流传热分析（1）流体主流：由于流体内漩涡丛生，流体各部分激烈混合，所以传热热阻很小，横向（径向）的温度趋于一致；（2）层流底层：传热以导热方式进行的，流体膜虽薄，却是对流传热的主要热阻所在，温度降也主要集中在层流底层中。温度分布为一直线；（3）过渡区：温度分布为一曲线4.3.2对流传热的分类无相变强制对流－流体在外力作用下强制流动引起的传热自然对流－流体内部存在温度差而产生内循环有相变蒸汽冷凝传热液体沸腾传热设a处密度为ρ，b处的密度为ρ′a、b两点的压力差环流速度：4.3.3对流传热速率方程（牛顿冷却定律）流体假设：（1）热流体温度T和固体

2、壁面温度TW之差全部集中在厚度δt的有效膜层内；（2）穿过有效膜的传热方式仅为热传导。根据傅立叶定律，有：热流体被冷却，从热流体主体向固体壁面的对流传热。冷流体被加热，从固体壁面向冷流体主体的对流传热。上两式称为对流传热速率方程，也称为牛顿冷却定律常见流体流动类型α的大致范围传热类型α/W·(m2·K)-1传热类型α/W·(m2·K)-1空气自然对流空气强制对流水自然对流水强制对流有机液体强制对流5～2530～300200～10001000～8000500～1500水蒸气冷凝有机蒸汽冷凝水沸腾有机物沸腾5000～15000500～30001500～30000500～1

3、50004.3.4影响对流传热系数的因素流体类型与物性：ρ，μ，λ，Cｐ流体的流动状态：湍流、层流、过渡流传热面特性尺寸：形状（如圆管、平板、管束）、大小（如管长l、管径d等）以及位置等对流流动的起因：强制对流：流速u；自然对流：浮升力βg△t流体的相变化：蒸汽的冷凝，液体的沸腾等；有相变的α值比无相变时大很多获得的主要方法：理论分析法解析求解、数值求解实验法：半理论半经验方法，是目前的主要方法。无相变时变量8个，基本因次4个，由π定理无因次准数n=8-4=4个定理：基本因次有4个：长度m，时间s，质量kg，温度K无相变时变量数有8个：准数的物理意义注意：a.应用

4、范围：各准数关联式都有一定适用范围（实验范围），外推是不可靠的；b.定性温度：流体和传热面的温度是沿程变化的，流体物性也是变化的；c.特性尺寸：传热面几何因素有时很复杂，选取起决定作用的几何参数作特征尺寸。准数名称符号意义努塞尔准数(Nusseltnumber)表示对流传热系数的准数雷诺准数(Reynoldsnumber)表示流体的流动状态和湍动程度对对流传热的影响普兰特准数(Prandtlnumber)表示流体物性对对流传热的影响格拉斯霍夫准数(Grashofnumber)表示自然对流对对流传热的影响4.3.5对流传热系数经验关联式1、流体在管内强制对流n0.4--

5、--流体被加热0.3----流体被冷却讨论：（a）适用范围：Re>104,0.7

6、(2)正三角形错列(3)正方形错列（2）、流体在管束外强制对流式中常数c、ε、n与管束的排列方式、管子所在位置有关。整个管束的平均传热系数为：式中：定性温度为流体平均温度；定性尺寸为管外径；流速取垂直于流动方向最窄处的流速。（1）、流体在单管外强制对流当Re=8～103时当Re＝103～2×105时（3）、换热器壳程的传热(壳层是圆筒状，各排的管数不同。换热器内装有圆缺挡板，大部分是横向流过管束，但在绕过析流档板时，变更了流向，不垂直于管束。)上式中，特性温度除μw取壁温外，其余均取流体平均温度。特性尺寸采用当量直径de。。管子为正方形直列时：管子为三角形错列时：流速

7、u按最大流通截面A计算：常用的列管换热器，大多装有折流挡板，各排的管数不同。3、自然对流的传热系数(大型冷库内冷却蛇管)定性温度取壁温tW与流体平均温度tm的平均值，称为膜温；定性尺寸根据情况决定。C和n可通过实验测得。二、有相变时的对流传热1、蒸汽冷凝的对流传热（1）膜状冷凝与滴状冷凝传热推动力：△t=ts-tW工业上应用较多的是膜状冷凝根据傅立叶定律：（2）蒸汽冷凝对流传热系数蒸汽在水平管外冷凝蒸汽在垂直管外冷凝（3）影响冷凝传热因素及强化传热方法不凝性气体的存在，使传热系数降低。在冷凝器上方应设有排气口。过热蒸汽的冷凝：推动力仍为△t=ts-t