化工原理上册天津大学柴诚敬39－40学时课件

第五章传热5.4对流传热1对流传热是指运动流体与固体壁面之间的热量传递过程，对流传热与流体的流动状况密切相关。对流传热概述图5-12对流传热的温度分布情况2无相变有相变强制对流自然对流对流传热蒸汽冷凝液体沸腾概述3图5-12对流传热的温度分布情况一、对流传热机理5一、对流传热机理当湍流的流体流经固体壁面时，将形成湍流边界层，若流体温度与壁面不同，则二者之间将进行热交换。层流内层缓冲层湍流核心湍流边界层传热方式热传导热传导和涡流传热涡流传热6层流内层缓冲层湍流核心湍流边界层温度梯度较大居中较小热阻较大居中较小对流传热是集热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层流内层，因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。一、对流传热机理7图5-13平板上的热边界层二、热边界层及对流传热系数9若紧靠壁面处薄层流体内的传热只能是热传导，因此传热速率可用傅立叶定律表示，即紧靠壁面处薄层流体的温度梯度二、热边界层及对流传热系数10根据牛顿冷却定律，流体和壁面间的对流传热速率方程为换热器任一截面上与热流体相接触一侧的壁温换热器任一截面上热流体的平均温度二、热边界层及对流传热系数11二、热边界层及对流传热系数当流体流过圆管进行传热时，管内热边界层的形成和发展。对于一定的管长，破坏边界层的发展也能强化对流传热。对于同一种流体，强制对流传热的对流传热系数要大于自然对流的，有相变化的要大于无相变化的。13第五章传热5.4对流传热5.4.1对流传热机理和对流传热系数5.4.2

对流传热的量纲分析14一、影响对流传热系数的因素1.流体的种类和相变化的情况2.流体的特性：导热系数、黏度、比热容、密度以及体积膨胀系数3.流体的温度4.流体的流动状态5.流体流动的原因6.传热面的形状、位置和大小15量纲分析的基本依据是π定理：一个表示n个物理量间关系的量纲一致的方程式，一定可以转换成包含n-m个独立的量纲为一数群间的关联式，m指n个物理量中所涉及的基本量纲的数目。量纲分析的核心在于确定n和m，并用一定技巧将各个量纲为一数群的内涵确定下来。量纲分析基本依据二、对流传热过程的量纲分析171.流体无相变时的强制对流传热过程（1）列出影响该过程的物理量传热设备的特征尺寸二、对流传热过程的量纲分析18（2）确定量纲为一数群的数目上述7个变量（物理量）涉及到4个基本量纲：长度、质量、时间和温度依据π定理，量纲为一数群的数目等于7-4=3二、对流传热过程的量纲分析19普兰德数(Prandtlnumber)表示速度边界层和热边界层相对厚度的一个参数，反映与传热有关的流体物性。强制对流（无相变）传热时的准数关联式因此，有二、对流传热过程的量纲分析212.自然对流传热过程（1）列出影响该过程的物理量传热设备的特征尺寸作用在单位体积流体上的浮力二、对流传热过程的量纲分析22（2）确定量纲为一数群的数目上述7个变量（物理量）涉及到4个基本量纲：长度、质量、时间和温度依据π定理，量纲为一数群的数目等于7-4=3二、对流传热过程的量纲分析23格拉斯霍夫数(Grashofnumber)表示由温度差引起的浮力与黏性力之比自然对流（无相变）传热时的准数关联式因此，有二、对流传热过程的量纲分析253.使用由实验数据整理得到的关联式应注意的问题（1）应用范围关联式中Re、Pr等准数的数值范围等；（2）特性尺寸Nu、Re等准数中的ℓ应如何确定；（3）定性温度各准数中的流体物性应按什么温度查取。二、对流传热过程的量纲分析26特性尺寸：管内径。定性温度：流体进、出口温度的算术平均值。应用范围：若，可将由上式求得的值乘以进行校正。一、流体在管内作强制对流29（2）高黏度流体可应用西德尔（Sieder）—泰特（Tate）关联式或壁温下的黏度考虑热流方向的校正项一、流体在管内作强制对流30特性尺寸：管内径。定性温度：除μw取壁温外，均取流体进、出口温度的算术平均值。应用范围：一、流体在管内作强制对流312.流体在光滑圆形直管内作强制层流特性尺寸：管内径。定性温度：除μw取壁温外，均取流体进、出口温度的算术平均值。应用范围：一、流体在管内作强制对流32当时，对流传热系数可先用湍流时的公式计算，然后把算得的结果乘以校正系数。3.流体在光滑圆形直管中呈过渡流一、流体在管内作强制对流334.流体在弯管内作强制对流流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大管子的弯曲半径一、流体在管内作强制对流345.流体在非圆形管内作强制对流流体在非圆形管内作强制对流时，只要将管内径改为当量直径，则仍可采用上述各关联式。传热当量直径定义：究竟采用哪个当量直径，由具体的关联式决定。一、流体在管内作强制对流35练习