2.3.對流傳熱

1、 工業(yè)上遇到的對流傳熱常指間壁式換熱器中兩側(cè)流體與固體壁面之間的熱交換，即流體將熱量傳給固體壁面或者壁面將熱量傳給流體的過程稱之為對流傳熱（或稱對流給熱）。第三節(jié)第三節(jié) 對流傳熱對流傳熱dA t2G1，T1G2，t1 T2一、對流傳熱過程分析一、對流傳熱過程分析二、二、 牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律tAQ式中式中 Q 對流傳熱速率，對流傳熱速率，W； 對流傳熱系數(shù)，對流傳熱系數(shù)，W/(m2)； t 對流傳熱溫度差，對流傳熱溫度差，； A 傳熱面積，傳熱面積，m2。TTWttWRTATTTTARtAttttAQwwww1)(1)(有效膜厚度 三、影響對流傳熱系數(shù)三、影響對流傳熱系數(shù) 的因素的因素1.

2、1.引起流動的原因引起流動的原因自然對流：由流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。自然對流：由流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。強制對流：由外力和壓差而引起的流動。強制對流：由外力和壓差而引起的流動。 強強 自自 2.2.流體的物性流體的物性: : ， ， ，c cp p 3.3.流動形態(tài)流動形態(tài): : 層流、湍流層流、湍流 湍湍 層層 4. 傳熱面的形狀，大小和位置傳熱面的形狀，大小和位置形狀：如管、板、管束等；形狀：如管、板、管束等；大?。喝绻軓胶凸荛L等；大?。喝绻軓胶凸荛L等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）； 管或板是垂直

3、放置還是水平放置。管或板是垂直放置還是水平放置。5. 是否發(fā)生相變是否發(fā)生相變: 蒸汽冷凝、液體沸騰蒸汽冷凝、液體沸騰 相變相變 無相變無相變四、對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗關聯(lián)式四、對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗關聯(lián)式（一）因次分析（一）因次分析 式中式中 l l特性尺寸；特性尺寸； u u特征流速。特征流速?；疽虼危洪L度基本因次：長度L L，時間，時間T T，質(zhì)量，質(zhì)量M M，溫度，溫度 變量總數(shù)：變量總數(shù)：8 8個個由由 定律（定律（8-48-4）= 4= 4，可知有，可知有4 4個無因次數(shù)群個無因次數(shù)群 f (u，l， ， ，cp， ，gt)cbaGrmNuPrRe lNu duRepcPr223tlgGrc

4、bpatlgcduml)()()(223Nusselt，表征傳熱系數(shù)的準數(shù)，表征傳熱系數(shù)的準數(shù)Reynolds，流動型態(tài)對對流傳熱的影響，流動型態(tài)對對流傳熱的影響Prandtl，流體物性對對流傳熱的影響，流體物性對對流傳熱的影響Grashof，自然對流對對流傳熱的影響，自然對流對對流傳熱的影響（努塞爾特準數(shù)）（雷諾準數(shù)）（普朗特準數(shù)）（格拉斯霍夫準數(shù)）（二）實驗結(jié)果整理（二）實驗結(jié)果整理以強制湍流為例：以強制湍流為例：NucReaPrb1采用不同采用不同Pr的流體，固定的流體，固定Re logNublogPrlogcRea雙對數(shù)坐標系得一直線，斜率為雙對數(shù)坐標系得一直線，斜率為b2相同相同Pr

5、的流體在不同的的流體在不同的Re下下 logNu/PrbalogRelogc雙對數(shù)坐標系中得一直線雙對數(shù)坐標系中得一直線 斜率為斜率為a，截距為，截距為logclogPrlogNublogRelogNu/Prblogca定性溫度的取法：定性溫度的取法：（三）定性溫度、特性尺寸的確定（三）定性溫度、特性尺寸的確定2特性尺寸特性尺寸 取對流動與換熱有主要影響的某一幾何尺寸。取對流動與換熱有主要影響的某一幾何尺寸。2)1 (21tttm2) 2(mWtt膜溫3準數(shù)關聯(lián)式的適用范圍。準數(shù)關聯(lián)式的適用范圍。1確定物性參數(shù)確定物性參數(shù)cp、等數(shù)值的溫度稱為定性溫度。等數(shù)值的溫度稱為定性溫度。（一）流體在管

6、內(nèi)的強制對流（一）流體在管內(nèi)的強制對流nNuPrRe023. 08 . 0npcdud)()(023. 08 . 0適用范圍：適用范圍：Re10000，0.7Pr160， 60五、無相變時對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗關聯(lián)式五、無相變時對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗關聯(lián)式1圓形直管內(nèi)的湍流圓形直管內(nèi)的湍流注意事項：注意事項： 特征尺寸為管內(nèi)徑特征尺寸為管內(nèi)徑di 流體被加熱時，流體被加熱時，n0.4； 被冷卻時，被冷卻時，n0.3。強化措施：強化措施： u , u0.8 d , d-0.2 流體物性的影響，流體物性的影響， 大的流體大的流體 8 . 018 . 02 . 08 . 08 . 0023. 0)()(023.

7、 0nnpnpcducdud以下是對上面的公式的修正：以下是對上面的公式的修正：(1)(1)高粘度流體高粘度流體 14. 0318 . 0)(PrRe027. 0wNu0 . 1)(95. 005. 1)(14. 0冷卻或加熱氣體液體被冷卻液體被加熱工程計算wRe10000，0.7Pr60定性溫度除定性溫度除w取壁溫外，其余均取進出口溫度取壁溫外，其余均取進出口溫度的平均值；特征尺寸為的平均值；特征尺寸為di(2) 短管：短管： l/d 60 117 . 01ld管入口效應校正系數(shù)管子入口處的流體擾動程度較大，熱阻較管子入口處的流體擾動程度較大，熱阻較小，則小，則較大，則短管整個管長的平均較大

8、，則短管整個管長的平均要要比長管的平均比長管的平均大。大。(3) 過渡流（過渡流（2300Re 表面張力表面張力滴狀冷凝：滴狀冷凝：若冷凝液不能很好地潤若冷凝液不能很好地潤濕壁面，僅在其上凝結(jié)濕壁面，僅在其上凝結(jié)成小液滴，此后長大或成小液滴，此后長大或合并成較大的液滴而脫合并成較大的液滴而脫落。落。 附著力附著力 表面張力表面張力2. 冷凝過程的熱阻：液膜的厚度冷凝過程的熱阻：液膜的厚度 3. 蒸汽冷凝的蒸汽冷凝的 1）水平管束外）水平管束外413/232725. 0tdngro式中式中 n水平管束在垂直列上的管子數(shù)；水平管束在垂直列上的管子數(shù)； r汽化潛熱（汽化潛熱（ts下），下），kJ/k

9、g。特性尺寸：管外徑特性尺寸：管外徑do2wsttt定性溫度：膜溫定性溫度：膜溫 湍流湍流2）豎壁或豎管上的冷凝）豎壁或豎管上的冷凝層流層流413213. 1tlgr適用條件：適用條件：Re1800特性尺寸特性尺寸l：管或板高：管或板高H定性溫度：膜溫定性溫度：膜溫 4 . 031232Re0077. 0gRe的表達式：的表達式：SuquSudme4RetltAQrqQmmq4Rertl4Re4冷凝傳熱的影響因素和強化措施冷凝傳熱的影響因素和強化措施1) 流體物性流體物性 冷凝液冷凝液、 、 r 、 2) 溫差溫差 液膜層流流動時，液膜層流流動時， t=tstw 3) 不凝氣體不凝氣體 不凝氣

10、體不凝氣體存在，導致存在，導致 ，定期排放。，定期排放。4）蒸汽流速與流向蒸汽流速與流向 （u10m/s ） 同向時，同向時， ； 反向時，反向時， ； u 4) 冷凝面的形狀和位置冷凝面的形狀和位置 目的：減少冷凝液膜的厚度目的：減少冷凝液膜的厚度 垂直板或管：開縱向溝槽垂直板或管：開縱向溝槽 水平管束：可采用錯列水平管束：可采用錯列 容器內(nèi)液體溫度高于飽和溫度時，液體汽化而容器內(nèi)液體溫度高于飽和溫度時，液體汽化而形成氣泡的過程，稱為形成氣泡的過程，稱為沸騰。沸騰。沸騰種類：沸騰種類：1 1）大容積沸騰（或池內(nèi)沸騰）大容積沸騰（或池內(nèi)沸騰） 把加熱面浸入大容器的液體中，液體被壁面加把加熱面浸

11、入大容器的液體中，液體被壁面加熱而引起無強制對流的沸騰現(xiàn)像。熱而引起無強制對流的沸騰現(xiàn)像。2 2）管內(nèi)沸騰）管內(nèi)沸騰 液體在管內(nèi)流動過程中加熱沸騰。液體在管內(nèi)流動過程中加熱沸騰。（二）液體沸騰（二）液體沸騰汽化核心汽化核心 生成汽泡生成汽泡 長大長大 脫離壁面脫離壁面 新汽泡形成新汽泡形成 攪動液層攪動液層 沸騰曲線沸騰曲線 1）自然對流階段）自然對流階段 t t5K3）不穩(wěn)定膜狀沸騰）不穩(wěn)定膜狀沸騰 250K t25K工業(yè)上：采用核狀沸騰工業(yè)上：采用核狀沸騰4）穩(wěn)定膜狀沸騰）穩(wěn)定膜狀沸騰 t 250K 優(yōu)點：優(yōu)點： 大，大，tW小小 沸騰傳熱的影響因素及強化措施沸騰傳熱的影響因素及強化措施1）液體的性質(zhì)）液體的性質(zhì) ,強化措施：加表面活性劑（乙醇、丙酮