56第4章傳熱_4-3_第三節(jié)對(duì)流傳熱

1、一、教學(xué)課題：第四章 傳熱 第三節(jié) 對(duì)流傳熱二、教學(xué)目的：通過(guò)學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握 1對(duì)流傳熱根本方程和對(duì)流傳熱系數(shù)機(jī)理； 掌握2、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素掌握了解；3、掌握無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析； 了解4、無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)見(jiàn)課件了解 5、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 了解6、對(duì)流傳熱小結(jié)三、課時(shí)：2h，第22次 第15周12.12日 星期四C25、C26 5、6節(jié)四、課型：新課五、教具：白板筆、多媒體、激光筆六、 教學(xué)重點(diǎn)：對(duì)流傳熱根本方程和對(duì)流傳熱系數(shù)機(jī)理、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素、無(wú)相變時(shí) 對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析、無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)教學(xué)難點(diǎn)：無(wú)相變時(shí)

2、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析、無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)、流體有 相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)七、教學(xué)方法和手段：主要以講授為主，圖表教學(xué)為輔八、主要內(nèi)容：同學(xué)們好！上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了第一節(jié)概述與第二節(jié)熱傳導(dǎo)，我們來(lái)回憶下上次課我們學(xué) 習(xí)的內(nèi)容有：1、平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)單層、多層2、圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)單層、多層3、傳熱推動(dòng)力，傳熱阻力的概念請(qǐng)同學(xué)們翻到教材133頁(yè)，我們這兩節(jié)課學(xué)習(xí)第三節(jié) 對(duì)流傳熱，課程較難，請(qǐng)同學(xué) 們認(rèn)真學(xué)習(xí)，首先我們來(lái)看這一節(jié)主要有哪些內(nèi)容：一、對(duì)流傳熱根本方程和對(duì)流傳熱系數(shù)機(jī)理1、機(jī)理2、壁面和流體間的對(duì)流傳熱速率二、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素三、無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析四、無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系

3、數(shù) 見(jiàn)課件1、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流2、流體在管外作強(qiáng)制對(duì)流3、自然對(duì)流五、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)六、對(duì)流傳熱小結(jié)一、對(duì)流傳熱根本方程和對(duì)流傳熱系數(shù)1、對(duì)流傳熱給熱：流體質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)和混和使熱量從流體中某一處傳到另一處。2、對(duì)流傳熱方式：1. 自然對(duì)流溫度差 密度差 流體流動(dòng)2. 強(qiáng)制對(duì)流機(jī)械作用 對(duì)流3、對(duì)流傳熱機(jī)理：流體在光滑管內(nèi)作湍流流動(dòng)，且Re 105時(shí)，滯流內(nèi)層厚度估算式6175 d為管d Re 8內(nèi)徑D1 熱流中心區(qū);P 熱流體層流內(nèi)層膜外緣；Wi 管內(nèi)壁；W2 管外壁；P2 冷流體層流內(nèi)層膜外緣；D 2 冷流體中心區(qū)。推動(dòng)力 t因?yàn)榉€(wěn)定傳熱q推動(dòng)力=二 常數(shù)，R那么t也 才能使q

4、=常數(shù)。阻力 R管內(nèi)管外熱八'、流 體熱八、熱 八、 流 中 心 區(qū)8f冷流中心區(qū)傳熱方向冷流體a溫總結(jié)：1、間壁傳熱由給熱 -導(dǎo)熱-給熱 三個(gè)過(guò)程組成。2、同一管壁界面上的溫度以折線表示，且逐步下降，其層流內(nèi)層熱阻最大，因而 溫降也最大。3、給熱是由層流內(nèi)層的導(dǎo)熱和層流內(nèi)層外的流體質(zhì)點(diǎn)作相對(duì)位移和混合傳熱的統(tǒng) 稱。4、 為簡(jiǎn)化處理，給熱作為通過(guò)厚度的傳熱邊界層的導(dǎo)熱處理。b -真實(shí)的層流內(nèi)層的厚度，f 與層流內(nèi)層外的湍流區(qū)熱阻相當(dāng)?shù)奶摂M層流內(nèi)層的厚度。必須指出f是不存在的，為了處理問(wèn)題而假設(shè)的5、傳熱邊界層中，層流內(nèi)層熱阻遠(yuǎn)比湍流區(qū)熱阻力大，故提高給熱速率，須從降 低層流內(nèi)層厚度入手

5、。如增加湍動(dòng)，管內(nèi)加麻花鐵等。二、壁面和流體間的對(duì)流傳熱速率1牛頓冷卻定律流體被冷卻時(shí)dq- T aT Twds，令 a 流體被加熱時(shí)，ds adsdq aTw Tds既然，給熱作為通過(guò)傳熱邊界層的導(dǎo)熱處理，那么給熱速率方程可仿照導(dǎo)熱寫(xiě)為上式。 式中dq 局部對(duì)流傳熱速率W;ds 微元傳熱面積m2;T換熱器的任一截面上熱流體的平均溫度oC;Tw -換熱器任一截面上和熱流體相接觸一側(cè)的壁面溫度 oC ；傳熱邊界層的導(dǎo)熱系數(shù)W m 1 oC 1;t 傳熱邊界厚度m;a 給熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)賈亦oc；上式方程又稱為牛頓冷卻定律。2、的單位與物理意義因?yàn)閍 也1當(dāng)T Tw 1°C;a包T T

6、wdsds2當(dāng)T Tw 1oC；ds 1m2；a dq ;單位面積的對(duì)流傳熱速率熱通量。因?yàn)閭鳠崾怯山o熱I、導(dǎo)熱、給熱II組成的，而傳熱是穩(wěn)定的，以上三個(gè)過(guò)程均是 穩(wěn)定的。而給熱又是由湍流主體與層流內(nèi)層的外緣真正的對(duì)流傳熱與層流內(nèi)層的導(dǎo)熱組 成的。在層流內(nèi)層中，熱傳導(dǎo)dqwds 1dy式中一流體的導(dǎo)熱系數(shù)W. moC；y與壁面垂直方向的距離m;生w 壁面附近流體層滯流內(nèi)層內(nèi)的溫度梯度oC/m。dy而對(duì)流傳熱dq aT Twds(2)吏1、2聯(lián)立消去dq、ds、a一-一 3此即為a的第二種定義表達(dá)式T Tw該式是在理論上分析和計(jì)算a的根底，當(dāng)T Tw 一定，dy愈小a愈大，提高傳熱 速率須從減薄

7、層流內(nèi)層厚度入手。二、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素1、流體種類與相變情況：本節(jié)只討論牛頓型流體。 2、流體種類性質(zhì)： 對(duì)a影響較大的流體物性有Cp、3、 流體種類的流動(dòng)狀態(tài)：Re , b層內(nèi)內(nèi)層厚度，a 。4、 流體流動(dòng)的原因：類型一強(qiáng)制對(duì)流原因：泵、攪拌器迫使流體流動(dòng)。*自然對(duì)流原因：溫差引起密度差，使流體流動(dòng)。應(yīng)以重力，W gV當(dāng)流體中受熱不均勻，如t2 那么，2當(dāng)V=1m3,W g愈重密度愈大，即壓強(qiáng)愈大；愈輕密度愈小壓強(qiáng)愈小，壓強(qiáng)不同產(chǎn)生升力。溫差引起密度差，那么每單位體積流體所產(chǎn)生的升力2g 兩重力之差為升力假設(shè)流體體積膨脹系數(shù)為Vt VoVot近似為V2V1V1 (t2 t1 )V2 V

8、1 1 t2t1 流體膨脹前后質(zhì)量不變同除m那么1(1 t)1 2 (1t代入升力式解得f ( 12)g 2( 1+ t)2g5、傳熱面形狀、位置和大小。三、無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析1、量綱分析過(guò)程 優(yōu)點(diǎn)：減少實(shí)驗(yàn)次數(shù) 依據(jù)：物理方程各項(xiàng)量綱一致 步驟：a通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)觀察，確定相關(guān)因素b構(gòu)造函數(shù)形式無(wú)相變：fu,l, , , ,cp, g t,b c d e fhc 列出量綱指數(shù)的線性方程組ML、T、d規(guī)定量指數(shù)，確定余下指數(shù)表達(dá)式e整理特征數(shù)方程形式A(j|32Nu 1無(wú)相特征數(shù)傳物理意義fRePr,Gr努賽爾特?cái)?shù)l :特征尺寸，平板一一 流動(dòng)方向的板長(zhǎng) 管管徑或當(dāng)量直徑反映對(duì)流

9、傳熱的強(qiáng)弱，包含對(duì)流傳熱系數(shù)雷諾數(shù)Re lu反映流動(dòng)狀態(tài)對(duì)a的影響普蘭特?cái)?shù)Pr CP注意:*查取定性溫度下的物性*計(jì)算所用單位，SI制反映流體物性對(duì)傳熱的影響Gr 格拉斯霍夫數(shù)浮升力特征數(shù) g t:單位體積流體浮力變化:體積膨脹系數(shù)，1/C反映自然對(duì)流的強(qiáng)弱程度四、無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 見(jiàn)課件1、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流2、流體在管外作強(qiáng)制對(duì)流3、自然對(duì)流五、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)先提問(wèn)再補(bǔ)充：在教材上找到以下問(wèn)題的答案A、冷凝的兩種方式？哪一種的熱阻要小一些？工業(yè)上多數(shù)是什么冷凝方式?B、不凝氣體對(duì)冷凝傳熱有什么影響？C、工業(yè)上一般不采用過(guò)熱蒸汽作為加熱的熱源，為什么？D沸騰傳熱曲線的3個(gè)

10、組成局部？通常應(yīng)控制在什么區(qū)域操作？1. 蒸汽冷凝滴狀冷凝蒸汽冷凝方式2.液體的沸騰：蒸氣冷凝方式膜狀冷凝(潤(rùn)濕) 滴狀冷凝以常壓水在大容器中沸騰傳熱為例，沸騰情況隨溫差t(tw ts)而變mC臨界點(diǎn)( q,1E量通熱i DBiiiAiL0Att 5oCAB自然對(duì)流t 5°25°C BC泡核沸騰t 25oC CDE 膜狀沸騰控制在泡核沸騰下操作，因此確定臨界點(diǎn)有實(shí)際意義六、對(duì)流傳熱小結(jié)1、有相變無(wú)相變對(duì)流傳熱復(fù)雜2、半經(jīng)驗(yàn)半理論的工程研究方法引入§ t =熱傳導(dǎo) Q A t A t 如何求at量綱分析法應(yīng)用范圍較廣注意：疋性溫度，特征尺寸， 適用范圍純經(jīng)驗(yàn)公式1、根據(jù)處理對(duì)象的具體特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)墓?，是?qiáng)制對(duì)流還是自然對(duì)流，是層流 還是湍流，是蒸汽冷凝還是液體沸騰，2、要注意所選公式的應(yīng)用范圍、特征尺寸的選擇和定性溫度確實(shí)定以及在必要時(shí)進(jìn)行修正的方法；3、應(yīng)注意不同情況下哪些物理量對(duì) a值有影響。它們的影響大小可以通過(guò)其指數(shù)的 大小來(lái)判斷，從中可分析強(qiáng)化對(duì)流傳熱的可能措施。4、正確使用各物理量的單位；5、重視數(shù)量級(jí)的概念，有助于對(duì)計(jì)算結(jié)果正確性的判斷和