56第4章传热_4-3_第三节对流传热

1、一、教学课题：第四章 传热 第三节 对流传热二、教学目的：通过学习，使同学们掌握 1对流传热根本方程和对流传热系数机理； 掌握2、影响对流传热系数的因素掌握了解；3、掌握无相变时对流传热过程的量纲分析； 了解4、无相变时的对流传热系数见课件了解 5、流体有相变时的对流传热系数 了解6、对流传热小结三、课时：2h，第22次 第15周12.12日 星期四C25、C26 5、6节四、课型：新课五、教具：白板笔、多媒体、激光笔六、 教学重点：对流传热根本方程和对流传热系数机理、影响对流传热系数的因素、无相变时 对流传热过程的量纲分析、无相变时的对流传热系数、流体有相变时的对流传热系数教学难点：无相变时

2、对流传热过程的量纲分析、无相变时的对流传热系数、流体有 相变时的对流传热系数七、教学方法和手段：主要以讲授为主，图表教学为辅八、主要内容：同学们好！上节课我们学习了第一节概述与第二节热传导，我们来回忆下上次课我们学 习的内容有：1、平壁稳态热传导单层、多层2、圆筒壁稳态热传导单层、多层3、传热推动力，传热阻力的概念请同学们翻到教材133页，我们这两节课学习第三节 对流传热，课程较难，请同学 们认真学习，首先我们来看这一节主要有哪些内容：一、对流传热根本方程和对流传热系数机理1、机理2、壁面和流体间的对流传热速率二、影响对流传热系数的因素三、无相变时对流传热过程的量纲分析四、无相变时的对流传热系

3、数 见课件1、流体在管内作强制对流2、流体在管外作强制对流3、自然对流五、流体有相变时的对流传热系数六、对流传热小结一、对流传热根本方程和对流传热系数1、对流传热给热：流体质点的移动和混和使热量从流体中某一处传到另一处。2、对流传热方式：1. 自然对流温度差 密度差 流体流动2. 强制对流机械作用 对流3、对流传热机理：流体在光滑管内作湍流流动，且Re 105时，滞流内层厚度估算式6175 d为管d Re 8内径D1 热流中心区;P 热流体层流内层膜外缘；Wi 管内壁；W2 管外壁；P2 冷流体层流内层膜外缘；D 2 冷流体中心区。推动力 t因为稳定传热q推动力=二 常数，R那么t也 才能使q

4、=常数。阻力 R管内管外热八'、流 体热八、热 八、 流 中 心 区8f冷流中心区传热方向冷流体a温总结：1、间壁传热由给热 -导热-给热 三个过程组成。2、同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐步下降，其层流内层热阻最大，因而 温降也最大。3、给热是由层流内层的导热和层流内层外的流体质点作相对位移和混合传热的统 称。4、 为简化处理，给热作为通过厚度的传热边界层的导热处理。b -真实的层流内层的厚度，f 与层流内层外的湍流区热阻相当的虚拟层流内层的厚度。必须指出f是不存在的，为了处理问题而假设的5、传热边界层中，层流内层热阻远比湍流区热阻力大，故提高给热速率，须从降 低层流内层厚度入手

5、。如增加湍动，管内加麻花铁等。二、壁面和流体间的对流传热速率1牛顿冷却定律流体被冷却时dq- T aT Twds，令 a 流体被加热时，ds adsdq aTw Tds既然，给热作为通过传热边界层的导热处理，那么给热速率方程可仿照导热写为上式。 式中dq 局部对流传热速率W;ds 微元传热面积m2;T换热器的任一截面上热流体的平均温度oC;Tw -换热器任一截面上和热流体相接触一侧的壁面温度 oC ；传热边界层的导热系数W m 1 oC 1;t 传热边界厚度m;a 给热系数对流传热系数賈亦oc；上式方程又称为牛顿冷却定律。2、的单位与物理意义因为a 也1当T Tw 1°C;a包T T

6、wdsds2当T Tw 1oC；ds 1m2；a dq ;单位面积的对流传热速率热通量。因为传热是由给热I、导热、给热II组成的，而传热是稳定的，以上三个过程均是 稳定的。而给热又是由湍流主体与层流内层的外缘真正的对流传热与层流内层的导热组 成的。在层流内层中，热传导dqwds 1dy式中一流体的导热系数W. moC；y与壁面垂直方向的距离m;生w 壁面附近流体层滞流内层内的温度梯度oC/m。dy而对流传热dq aT Twds(2)吏1、2联立消去dq、ds、a一-一 3此即为a的第二种定义表达式T Tw该式是在理论上分析和计算a的根底，当T Tw 一定，dy愈小a愈大，提高传热 速率须从减薄

7、层流内层厚度入手。二、影响对流传热系数的因素1、流体种类与相变情况：本节只讨论牛顿型流体。 2、流体种类性质： 对a影响较大的流体物性有Cp、3、 流体种类的流动状态：Re , b层内内层厚度，a 。4、 流体流动的原因：类型一强制对流原因：泵、搅拌器迫使流体流动。*自然对流原因：温差引起密度差，使流体流动。应以重力，W gV当流体中受热不均匀，如t2 那么，2当V=1m3,W g愈重密度愈大，即压强愈大；愈轻密度愈小压强愈小，压强不同产生升力。温差引起密度差，那么每单位体积流体所产生的升力2g 两重力之差为升力假设流体体积膨胀系数为Vt VoVot近似为V2V1V1 (t2 t1 )V2 V

8、1 1 t2t1 流体膨胀前后质量不变同除m那么1(1 t)1 2 (1t代入升力式解得f ( 12)g 2( 1+ t)2g5、传热面形状、位置和大小。三、无相变时对流传热过程的量纲分析1、量纲分析过程 优点：减少实验次数 依据：物理方程各项量纲一致 步骤：a通过理论分析和实验观察，确定相关因素b构造函数形式无相变：fu,l, , , ,cp, g t,b c d e fhc 列出量纲指数的线性方程组ML、T、d规定量指数，确定余下指数表达式e整理特征数方程形式A(j|32Nu 1无相特征数传物理意义fRePr,Gr努赛尔特数l :特征尺寸，平板一一 流动方向的板长 管管径或当量直径反映对流

9、传热的强弱，包含对流传热系数雷诺数Re lu反映流动状态对a的影响普兰特数Pr CP注意:*查取定性温度下的物性*计算所用单位，SI制反映流体物性对传热的影响Gr 格拉斯霍夫数浮升力特征数 g t:单位体积流体浮力变化:体积膨胀系数，1/C反映自然对流的强弱程度四、无相变时的对流传热系数 见课件1、流体在管内作强制对流2、流体在管外作强制对流3、自然对流五、流体有相变时的对流传热系数先提问再补充：在教材上找到以下问题的答案A、冷凝的两种方式？哪一种的热阻要小一些？工业上多数是什么冷凝方式?B、不凝气体对冷凝传热有什么影响？C、工业上一般不采用过热蒸汽作为加热的热源，为什么？D沸腾传热曲线的3个

10、组成局部？通常应控制在什么区域操作？1. 蒸汽冷凝滴状冷凝蒸汽冷凝方式2.液体的沸腾：蒸气冷凝方式膜状冷凝(润湿) 滴状冷凝以常压水在大容器中沸腾传热为例，沸腾情况随温差t(tw ts)而变mC临界点( q,1E量通热i DBiiiAiL0Att 5oCAB自然对流t 5°25°C BC泡核沸腾t 25oC CDE 膜状沸腾控制在泡核沸腾下操作，因此确定临界点有实际意义六、对流传热小结1、有相变无相变对流传热复杂2、半经验半理论的工程研究方法引入§ t =热传导 Q A t A t 如何求at量纲分析法应用范围较广注意：疋性温度，特征尺寸， 适用范围纯经验公式1、根据处理对象的具体特点，选择适当的公式，是强制对流还是自然对流，是层流 还是湍流，是蒸汽冷凝还是液体沸腾，2、要注意所选公式的应用范围、特征尺寸的选择和定性温度确实定以及在必要时进行修正的方法；3、应注意不同情况下哪些物理量对 a值有影响。它们的影响大小可以通过其指数的 大小来判断，从中可分析强化对流传热的可能措施。4、正确使用各物理量的单位；5、重视数量级的概念，有助于对计算结果正确性的判断和