硅酸盐工业热工基础之43(国)对流换热

1、硅酸盐工业热工基础14.3 对流换热对流换热4.3.1 对流换热基本概念对流换热基本概念对流传热与对流换热对流传热与对流换热对流传热：对流传热：在流体内部依靠流体年的宏观位移将热量从高温处传向低温处对流换热：对流换热：流体与固体之间接触时彼此之间的换热过程。对流换热与对流传热的区别对流换热与对流传热的区别传热的方式不同：传热的方式不同：对流换热包括流体位移时的对流传热，也包括传导硅酸盐工业热工基础14.3.2对流换热影响对流换热影响 因素因素流体动的动力流体动的动力（A）强制流动）强制流动（B）自由流动）自由流动流体流动状态流体流动状态层流：主要依靠流体传导，与流体流动速度无关；层流：主要依靠

2、流体传导，与流体流动速度无关；紊流：依靠传导和对流，与边界层热阻有关，运动速度越大紊流：依靠传导和对流，与边界层热阻有关，运动速度越大越大，越大，越大。流体物理性质：流体物理性质：流体密度、比热越大，热流量越大；流体密度、比热越大，热流量越大；导热系数大的流体，热阻小，热流量越大；导热系数大的流体，热阻小，热流量越大；流体粘度大，边界层厚度大，热流量越小。流体粘度大，边界层厚度大，热流量越小。固体壁面的形状和位置。固体壁面的形状和位置。单位质量流体浮升力0gt硅酸盐工业热工基础14.3.3对流换热基本定律对流换热基本定律牛顿冷却定律牛顿冷却定律 换热的热流量q与 流体和固体壁面之间温度差成正比

3、。即：q=(tw-tf) w/m2的意义：的意义：表示单位时间内，当流体与固体壁面之间温度差为1时，通过单位面积的热量。计算中，将影响q的全部因素归结到，使计算公式简化。即：=f(,l1,l2,l3,u,tw,tf)硅酸盐工业热工基础14.3.4对流换热过程相似理论对流换热过程相似理论相似概念相似概念：（A）几何相似（B）物理量的分布相似（C）物理现象相似相似相似硅酸盐工业热工基础1（）流体力学相似：（）流体力学相似： 欧拉准数欧拉准数 表示意义：流体静压头与动压头之比表示意义：流体静压头与动压头之比 雷诺准数雷诺准数 表示意义：表示流体惯性力与粘滞阻力之比表示意义：表示流体惯性力与粘滞阻力之

4、比 葛拉晓夫准数葛拉晓夫准数 表示意义：流体浮升力与粘滞阻力之比表示意义：流体浮升力与粘滞阻力之比2pEulRe233ltgGr相似准数相似准数 准数：具有一定物理意义的无因次数群。准数：具有一定物理意义的无因次数群。（）几何相似：（）几何相似：两个系统对应边成比例，对应角相等硅酸盐工业热工基础1（）热力学相似（）热力学相似 普兰特准数：普兰特准数： 意义：表示流体的物性参数。意义：表示流体的物性参数。 努谢特准数：努谢特准数： 意义意义:传导热阻与对流热阻之比传导热阻与对流热阻之比aCpPr1llNu硅酸盐工业热工基础14.3.5对流换热准数方程对流换热准数方程因次分析法因次分析法因次和谐性

5、：因次和谐性：物理方程所包含各项在因次上一致。 基本物理量：基本物理量：国际单位制中7个基本物理量个基本物理量： 长度（L）、温度（）、质量（M）、时间（）、量（mol)、电流（A）、埃得拉（(ed)对流换热准数方程对流换热准数方程=f(,l1,l2,l3,u,tw,tf) 即 Nu=AReaPrbGrc 或： Nu=f(Re,Pr,Gr)硅酸盐工业热工基础1几种特殊情况几种特殊情况： （）流体强制流动：（）流体强制流动：自然对流可以忽略，即Gr=0Nu=f(Re,Pr) 流体种类已知：Pr为常数，即Nu=f(Re) （）（）流体自然流动：流体自然流动：Re可忽略，Nu=f(Gr,Pr)流体种

6、类已知：Pr为常数，即Nu=f(Gr)硅酸盐工业热工基础1定性温度和定性尺寸定性温度和定性尺寸（）定性温度：（）定性温度：决定准数中物理参数值的温度。决定准数中物理参数值的温度。 常用定性温度常用定性温度: 流体与 固体壁平均温度； 固体壁面温度; 流体平均温度.（）定性尺寸：（）定性尺寸：对流体流动有决定意义的壁面与流体接触对流体流动有决定意义的壁面与流体接触 的几何尺寸。的几何尺寸。 常见定性尺寸：常见定性尺寸： 流体在管道中流动管道直径或当量直径； 横向掠过单管或管道族管道外径； 纵向掠过单管或管道族管道流动方向的长度。硅酸盐工业热工基础14.3.6不同情况的对流换热系数计算不同情况的对

7、流换热系数计算计算方法：计算方法： （）查各条件下的准数方程，计算Nu （）利用 计算 （）利用牛顿冷却定律计算q常见情况下的对流换热计算常见情况下的对流换热计算 （1） 强制对流强制对流1llNu 023. 0 8 . 0nreufffPRN适用条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。60 1207 . 0102 . 11054dlPRffre， 1)流体在圆管内紊流流动硅酸盐工业热工基础12)流体在圆管内层流流动流体在圆管内层流流动 14. 033. 033. 0u)()()(86. 1NfwfreldPRff适用条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。Ref0.6，R

8、efPrf(d/l)103) )流体掠过平板紊流流动流体掠过平板紊流流动3/18 . 0)850037. 0(mmmreuPRN适用条件：5105Re107；Prf=0.550； 定性温度为边界层平均温度，.定性尺寸为板长。硅酸盐工业热工基础14）流体掠过平板层流流动流体掠过平板层流流动3/12/1664. 0mmmreuPRN适用条件：Re1；定性温度为边界层平均温度， 定性尺寸为板长 5）流体外掠单管）流体外掠单管3/1fffrneuPcRN适用条件：定性温度为流体温度，定性尺寸为单管外径， c、n与Re有关的实验常数。 硅酸盐工业热工基础1（2）自然对流自然对流 自然对流的准数方程：自然

9、对流的准数方程： ),(rruPGfN幂函数形式：幂函数形式： nrruPGcN),(1)1)垂直平壁及直圆筒：垂直平壁及直圆筒：Gr.Pr=104 10941),(59. 0rruPGN层流层流31),(10. 0rruPGN紊流紊流Gr.Pr=109 1013定性温度为边界层平均温度；定性尺寸为高度。硅酸盐工业热工基础12)2)水平圆筒：水平圆筒：Gr.Pr=104 109Gr.Pr=109 101241),(53. 0rruPGN 层流层流 31),(13. 0rruPGN紊流紊流 3)3)经验公式：经验公式： 23. 0)(awttK在垂直壁面上K=2.56；在水平壁面上(热面向上)K=3.26；在水平壁面上(热面向下)K=1.63。定性温度为边界层平均温度；定性尺寸为外径。硅酸盐工业热工基础13