化工原理第四章第三节讲稿

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第四章

传热一、对流传热的分析二、壁面和流体的对流传热速率三、热边界层第三节

对流传热2023/1/11一、对流传热的分析

流体沿固体壁面的流动

滞流内层缓冲层湍流主体流体分层运动，相邻层间没有流体的宏观运动。在垂直于流动方向上不存在热对流，该方向上的热传递仅为流体的热传导。该层中温度差较大，即温度梯度较大。热对流和热传导作用大致相同，在该层内温度发生较缓慢的变化。

温度梯度很小，各处的温度基本相同。

2023/1/11对流传热是集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滞流内层。减薄滞流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。

2023/1/11二、壁面和流体间的对流传热速率

1、对流传热速率表达式

据传递过程速率的普遍关系，壁面和流体间的对流传热速率：推动力：壁面和流体间的温度差阻力：影响因素很多，但与壁面的表面积成反比。

对流传热速率方程可以表示为：

——牛顿冷却定律

2023/1/11在换热器中，局部对流传热系数α随管长而变化，但在工程计算中，常使用平均对流传热系数，此时牛顿冷却定律可以表示为：2、对流传热系数对流传热系数a定义式：

表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。单位W/m2.k。

反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快。

2023/1/11三、热边界层与换热微分方程式

热边界层（温度边界层）：壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域。规定

处为热边界层的界限，热边界层的厚度常用

表示。

温度边界层内的温度分布与流动边界层内流体的流动情况有关：在靠近壁的层流内层中流动为层流，热量传递通过导热进行。温度分布曲线的斜率大（温度梯度大）。2023/1/11在缓冲层内，由于对流传热的作用，温度梯度变小。在湍流核心，质点湍动强烈，对流很快，温度梯度更小。

如果用

表示贴壁处流体的温度梯度，

则

与牛顿冷却定律

联立：

2023/1/11——理论上计算对流传热系数的基础表明：对一定的流体，当流体与壁面的温度差一定时，对流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度。热边界层的厚薄，影响层内温度分布，因而影响温度梯度。当边界层内、外的温度差一定时，热边界层越薄，温度梯度越大，

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