化工原理電子北京化工大學9ppt課件

1、北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件4.3 4.3 對流傳熱對流傳熱4.3.1 4.3.1 對流傳熱過程分析對流傳熱過程分析4.3.2 4.3.2 對流傳熱速率對流傳熱速率4.3.3 4.3.3 影響對流傳熱系數的因素影響對流傳熱系數的因素4.3.4 4.3.4 對流傳熱系數經驗關聯式的建立對流傳熱系數經驗關聯式的建立4.3.5 4.3.5 無相變時對流傳熱系數的經驗關無相變時對流傳熱系數的經驗關聯式聯式4.3.6 4.3.6 有相變時對流傳熱系數的經驗關有相變時對流傳熱系數的經驗關聯式聯式北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件3.3.1 3.3.1 對流

2、傳熱過程分析對流傳熱過程分析dA t2G 1 ，T1G2，t1 T2北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件dtdtA2A1tWtTWT傳熱壁冷流體熱流體層流底層層流底層溫度梯度大，熱傳導方溫度梯度大，熱傳導方式式湍流核心湍流核心溫度梯度大，對流方式溫度梯度大，對流方式過渡區(qū)域過渡區(qū)域熱傳導和對流方式熱傳導和對流方式北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件3.3.2 對流傳熱速率對流傳熱速率牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律流體被冷卻：)(wTTAQ式中 Q 對流傳熱速率，W； 對流傳熱系數，W/(m2)； Tw 壁溫，； T 流體平均溫度，； A 傳熱面積，m2。北京化

3、工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件式中 t總有效膜厚度； e湍流區(qū)虛擬膜厚度； 層流底層膜厚度。下面來推導牛頓冷卻定律建立膜模型：dddte流體被冷卻：)(wTTAQtddtTTWttWdt北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件1. 牛頓冷卻定律是一種推論，假設Qt。 QA ttttAtRww()1tttwRA12. 復雜問題簡單化表示。 推動力：阻力：北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件4.3.3 4.3.3 影響對流傳熱系數影響對流傳熱系數的因素的因素1.1.引起流動的原因引起流動的原因自然對流：由于流體內部密度差而引起流體的流動。自然

4、對流：由于流體內部密度差而引起流體的流動。強制對流：由于外力和壓差而引起的流動。強制對流：由于外力和壓差而引起的流動。 強 自 2.2.流體的物性流體的物性 ，cp cp 北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件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）；管或板是垂直放置還是水平放置。形排列）；

5、管或板是垂直放置還是水平放置。3.3.流動形態(tài)流動形態(tài) 層流、湍流層流、湍流 湍湍 層層 北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件4.3.4 4.3.4 對流傳熱系數經驗關聯式的建立對流傳熱系數經驗關聯式的建立一、因次分析一、因次分析 式中 l特性尺寸； u特征流速?；疽虼危洪L度L，時間T，質量M，溫度變量總數：8個由定律8-4）=4，可知有4個無因次數群。f(u，l，cp，gt)gkaGrCNuPrRe北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件 lNu duRepcPr223tlgGrgkpatlgcduCl)()()(223Nusselt待定準數Reynol

6、ds，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Grashof，自然對流對對流傳熱的影響北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件二、實驗安排及結果整理二、實驗安排及結果整理以強制湍流為例：以強制湍流為例：NuCReaPrk1采用不同采用不同Pr的流體，固定的流體，固定Re lgNuklgPrlgCRea雙對數坐標系得一直線，斜率為雙對數坐標系得一直線，斜率為k2不同Pr的流體在不同的Re下 lgNu/PrkalgRelgC雙對數坐標系中得一直線 斜率為a，截距為CPrNukReNu/PrkCa北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件定性溫度

7、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 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準數關聯式的適用范圍。1確定物性參數數值的溫度稱為定性溫度。北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件一、流體在管內的強制對流一、流體在管內的強制對流kNuPrRe023. 08 . 0kpcdud)()(023. 08 . 0適用范圍： Re10000，0.7Pr160，604.3.5 4.3.5 無相變時對流傳熱系數的經驗關聯式無相變時對流傳熱系數的經驗關聯式1圓形直管內的湍流北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學

8、化工原理電子課件 特征尺寸為管內徑di 流體被加熱時，k0.4；被冷卻時，k0.3。221tttm本卷須知： 定性溫度取北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件強化措施：強化措施： u,u0.8 d, 1/d0.2 流體物性的影響，選流體物性的影響，選大的流體大的流體 8 . 018 . 02 . 08 . 08 . 0023. 0)()(023. 0kkpkpcducdud北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件以下是對上面的公式進行修正：(1)高粘度 14. 0318 . 0)(PrRe027. 0wNu0 . 1)(95. 005. 1)(14. 0冷卻或

9、加熱氣體液體被冷卻液體被加熱wRe10000，0.7Pr60定性溫度取tm；特征尺寸為di北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件(2) l/d60 (3) 過渡流2000Re10000) 1Re10618 . 15f117 . 0ldf(4) 彎曲管內 177. 11Rdf北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件(5) 非圓形管強制湍流1) 當量直徑法2) 直接實驗法套管環(huán)隙 : 水-空氣系統(tǒng)318 . 05 . 012PrRe)(02. 0ddde適用范圍： 12000Re膜 北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件2. 冷凝過程的熱阻：液膜

10、的厚度3. 蒸汽冷凝的1水平管束外413/232725. 0tlngr式中 n水平管束在垂直列上的管子數； r汽化潛熱t(yī)s下），kJ/kg。特性尺寸l：管外徑do2Wsttt定性溫度：膜溫 北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件湍流2豎壁或豎管上的冷凝層流413213. 1tlgr適用條件：Re1800特性尺寸l：管或板高H定性溫度：膜溫 4 . 031232Re0077. 0g北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件4冷凝傳熱的影響因素和強化措施1) 流體物性 冷凝液 , ；冷凝液,；潛熱r , 2) 溫差 液膜層流流動時，t=tstW，,3) 不凝氣體 不

11、凝氣體存在，導致 ，定期排放。4蒸汽流速與流向 （u10m/s ） 同向時， ；反向時， ； u 北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件5) 蒸汽過熱 包括冷卻和冷凝兩個過程。6) 冷凝面的形狀和位置 目的：減少冷凝液膜的厚度 垂直板或管：開縱向溝槽；水平管束：可采用錯列北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件沸騰種類沸騰種類 1 1大容積沸騰大容積沸騰 2 2管內沸騰管內沸騰 1. 1. 汽泡產生的條件汽泡產生的條件問題：為什么汽泡只在加熱面?zhèn)€別地方產生？問題：為什么汽泡只在加熱面?zhèn)€別地方產生？過熱度：過熱度：t=tWt=tWts ts 汽化核心：一般為粗糙加熱面的細小凹縫處汽化核心：一般為粗糙加熱面的細小凹縫處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新汽泡形成形成攪動液層攪動液層 二、二、 液體沸騰液體沸騰北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原理電子課件2. 沸騰曲線沸騰曲線 1自然對流階段自然對流階段 t t5C3不穩(wěn)定膜狀沸騰不穩(wěn)定膜狀沸騰 25C t5C工業(yè)上：核狀沸騰4穩(wěn)定膜狀沸騰 250C t25C 優(yōu)點：大，tW小北京化工大學化工原理電子課件北京化工大學化工原