第十五章对流换热(少课时)

第十五章对流换热分析对流换热的影响因素相似理论及不同情况下对流换热计算沸腾换热和凝结换热对流换热的概念对流换热的影响因素牛顿冷却公式§15-1对流换热概念及牛顿冷却公式一、对流与对流换热的概念1、对流：定义：分类：

自然对流：起因：流体各部分密度不同如：暖气片供暖时空气的流动

强制对流：起因：外界提供动力如：空调制冷，暖风机供暖2、对流换热定义：流体与固体壁面之间既直接接触又有相对运动时的热量传递过程。分析：对流换热包含热对流和导热tftw层流三、对流换热的影响因素流动的起因和流态流体有无相变流体的物理性质换热表面的几何因素1、流动的起因和流态受迫对流换热和自然对流换热层流和紊流层流：流速缓慢，流体分层，垂直于流动方向上的热传递主要靠导热，h小紊流：流体内各部分流体迅速混合，热传递主要依靠流体宏观的湍流脉动，h大2、流体的物理性质对导热和对流产生影响的物性都将影响对流换热导热系数λ，W/（m·K）密度ρ，kg/m3比热容c,J/(kg·K)动力粘度μ，Pa·s（或运动粘度ν=η/ρ，m2/s）体膨胀系数αv，K-1流体的物性参数的数值随流体的种类、温度、压力而变化，对于同一种不可压缩牛顿流体主要取决于温度3、流体有无相变无相变换热：显热传递热量相变换热：沸腾换热和凝结换热过程中有潜热变化，沸腾换热中有气泡的强烈扰动，因此换热的规律和强度不同于单相流体，一般远高于单相流体的对流换热4、换热表面的几何因素几何因素影响流体的流动状态，因此影响流体的速度分布和温度分布几何形状尺寸相对位置表面粗糙度四、表面传热系数的函数式h：表征对流换热强弱的参数五、牛顿冷却公式1、牛顿冷却公式对流换热量（W）对流换热面积（m2）流体与壁面温差（tf-tw）h：表面传热系数，W/（m2·℃）意义：当流体与壁面之间温差为1℃时，在单位时间内通过单位面积的热流量。单位面积的换热量或表示为：流体被加热流体被冷却第二部分相似理论及不同情况下

对流换热计算§15-2相似理论及其应用§15-3管内流体强制对流换热计算§15-4管外流体强制对流换热计算§15-5空间流体自然对流换热计算研究对流换热的目的：获得表面传热h的数学表达式实验法：利用相似原理指导下的实验研究方法流体在壁面外法线方向上的平均无量纲速度梯度，其大小反映对流换热的强弱。流体惯性力与粘性力的相对大小，Re越大，惯性力影响越大。根据Re的大小判断流态。流体动量扩散能力与热量扩散能力的相对大小，是流体的物性准则。流体所受浮升力与粘滞力的相对大小。Gr数值越大，表明浮升力越大，自然对流换热越强，反之亦然。Gr说明自然对流换热相似。对流换热量的计算步骤：1.分析流动：自然对流换热大空间自然对流换热－－P192有限空间自然对流换热－－P194强制对流换热管内－－表15-3直管内层流P183直管内过渡流P183直管内紊流P184弯管P185管外流体强制横向流过单管P188流体强制横向流过管束P1902.确定定性温度和定型尺寸:P1803.确定Ｐr、Gr、Re相关参数可从附录A-10和A-11中查取4.确定Nu的计算公式并进行计算5.由Nu求得表面传热系数h6.热流密度或热流量的计算相变换热分类:

液体气体

吸收热量、蒸发器沸腾凝结放出热量、冷凝器第六节、沸腾换热一、沸腾换热概述沸腾：在液体内部进行的汽化现象。沸腾换热:是伴随相变的对流换热,表面传热系数要比无相变的对流表面传热系数大得多.沸腾换热是制冷系统中蒸发器的主要换热方式.分类：大空间沸腾管内沸腾二、大空间的沸腾换热机理和沸腾曲线定义：在高于饱和温度的加热面沉浸于具有自由表面的液体中所发生的沸腾。沸腾温差：Δt=ts-tw经历阶段：自然对流：Δt＜5℃

泡态沸腾：5℃＜Δt＜25℃

过渡沸腾：Δt>25℃

膜态沸腾：沸腾曲线0101001000Δt5q自然对流泡态过渡态膜态ABCDqmax临界点：C热流密度峰值：qmax

临界热流通量三、管内沸腾换热过程四、影响沸腾换热的因素1、液体表面压力压力低,沸点低,换热温差大,利于换热2、不凝性气体存在会使压力升高3、液位高度随液位的降低而升高故满液式蒸发器内液位不能太高4、沸腾表面结构表面的微小凹坑容易产生汽化核心沸腾换热计算水在1~40bar的压力下：注意：压力的单位为bar。实验关联式峰值计算式第七节、凝结换热一、凝结换热概述1、定义：工质在饱和温和下释放热量由气体转变为液态的过程2、凝结的形式：

珠状凝结

液体与壁面润滑不好

膜状凝结液体与壁面润滑良好特点：膜状凝结：珠状凝结：tstw液膜蒸汽空间tstw蒸汽空间二、影响凝结换热的因素