化工原理上考研精品課程43對(duì)流傳熱課件

4.3對(duì)流傳熱4.3.1對(duì)流傳熱分析（1）流體主流：由于流體內(nèi)漩渦叢生，流體各部分激烈混合，所以傳熱熱阻很小，橫向（徑向）的溫度趨于一致；（2）層流底層：傳熱以導(dǎo)熱方式進(jìn)行的，流體膜雖薄，卻是對(duì)流傳熱的主要熱阻所在，溫度降也主要集中在層流底層中。溫度分布為一直線；（3）過渡區(qū)：溫度分布為一曲線4.3.2對(duì)流傳熱的分類無相變強(qiáng)制對(duì)流－流體在外力作用下強(qiáng)制流動(dòng)引起的傳熱

自然對(duì)流－流體內(nèi)部存在溫度差而產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)

有相變

蒸汽冷凝傳熱液體沸騰傳熱設(shè)a處密度為ρ，b處的密度為ρ′a、b兩點(diǎn)的壓力差環(huán)流速度：4.3.3對(duì)流傳熱速率方程（牛頓冷卻定律）流體假設(shè)：（1）熱流體溫度T和固體壁面溫度TW之差全部集中在厚度δt的有效膜層內(nèi)；（2）穿過有效膜的傳熱方式僅為熱傳導(dǎo)。常見流體流動(dòng)類型α的大致范圍

傳熱類型α/W·(m2·K)-1傳熱類型α/W·(m2·K)-1空氣自然對(duì)流空氣強(qiáng)制對(duì)流水自然對(duì)流水強(qiáng)制對(duì)流有機(jī)液體強(qiáng)制對(duì)流5～2530～300200～10001000～8000500～1500水蒸氣冷凝有機(jī)蒸汽冷凝水沸騰有機(jī)物沸騰5000～15000500～30001500～30000500～150004.3.4影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素

流體類型與物性：ρ，μ，λ，Cｐ流體的流動(dòng)狀態(tài)：湍流、層流、過渡流傳熱面特性尺寸：形狀（如圓管、平板、管束）、大小（如管長l、管徑d等）以及位置等對(duì)流流動(dòng)的起因：強(qiáng)制對(duì)流：流速u；自然對(duì)流：浮升力βg△t流體的相變化：蒸汽的冷凝，液體的沸騰等；

有相變的α值比無相變時(shí)大很多

獲得的主要方法：理論分析法

解析求解、數(shù)值求解實(shí)驗(yàn)法：

半理論半經(jīng)驗(yàn)方法，是目前的主要方法。準(zhǔn)數(shù)的物理意義注意：a.應(yīng)用范圍：各準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式都有一定適用范圍（實(shí)驗(yàn)范圍），外推是不可靠的；b.定性溫度：流體和傳熱面的溫度是沿程變化的，流體物性也是變化的；

c.特性尺寸：傳熱面幾何因素有時(shí)很復(fù)雜，選取起決定作用的幾何參數(shù)作特征尺寸。

準(zhǔn)數(shù)名稱符號(hào)意義努塞爾準(zhǔn)數(shù)(Nusseltnumber)表示對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)(Reynoldsnumber)表示流體的流動(dòng)狀態(tài)和湍動(dòng)程度對(duì)對(duì)流傳熱的影響普蘭特準(zhǔn)數(shù)(Prandtlnumber)表示流體物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)(Grashofnumber)表示自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響4.3.5對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1、流體在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流n

0.4----流體被加熱0.3----流體被冷卻討論：（a）適用范圍：Re>104,0.7<Pr<160，低粘度μ；特性尺寸：管內(nèi)徑d；

定性溫度：流體平均溫度，t=(t1+t2)/2,T=(T1+T2)/2；一、流體無相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)(1)、流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流（b）高粘度流體：(2)、流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制過渡流(3)、流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流即：當(dāng)壁溫不好測量時(shí),取R—圓形彎管的曲率半徑(4)、流體在圓形彎管內(nèi)的流動(dòng)(5)、流體在非圓形直彎管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流2、管外強(qiáng)制對(duì)流流體在管外垂直流過時(shí)的傳熱系數(shù)沿管表面的變化工業(yè)上常見的是在換熱器內(nèi)流體橫向流過管束的情況(1)直列

(2)正三角形錯(cuò)列

(3)正方形錯(cuò)列

（2）、流體在管束外強(qiáng)制對(duì)流式中常數(shù)c、ε、n與管束的排列方式、管子所在位置有關(guān)。整個(gè)管束的平均傳熱系數(shù)為：式中：定性溫度為流體平均溫度；定性尺寸為管外徑；流速取垂直于流動(dòng)方向最窄處的流速。（1）、流體在單管外強(qiáng)制對(duì)流當(dāng)Re=8～103時(shí)

當(dāng)Re＝103～2×105時(shí)

3、自然對(duì)流的傳熱系數(shù)(大型冷庫內(nèi)冷卻蛇管)定性溫度取壁溫tW與流體平均溫度tm的平均值，稱為膜溫；定性尺寸根據(jù)情況決定。C和n可通過實(shí)驗(yàn)測得。二、有相變時(shí)的對(duì)流傳熱1、蒸汽冷凝的對(duì)流傳熱（1）膜狀冷凝與滴狀冷凝傳熱推動(dòng)力：△t=ts-tW工業(yè)上應(yīng)用較多的是膜狀冷凝根據(jù)傅立葉定律：（2）蒸汽冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)蒸汽在水平管外冷凝蒸汽在垂直管外冷凝2、液體沸騰沸騰傳熱的推動(dòng)力為：△t=tw-ts兩種沸騰：管內(nèi)沸騰和大容積沸騰（1）沸騰現(xiàn)象：沸騰的條件：過熱度△t=tw-ts汽化核心—?dú)馀菀自诎伎p中產(chǎn)生。產(chǎn)生的氣泡不斷生成、長大、脫離加熱面，使沸騰傳熱系數(shù)大大加大。核狀沸騰好，工業(yè)上采用。（2）影響沸騰傳熱的因素：

液體的性質(zhì)：表面張力σ，μ，λ，ρ，cp

加熱表面的粗糙情況和表面物理性質(zhì)操作壓強(qiáng)和溫度差（3）沸騰傳熱的計(jì)算式中：A和B通過實(shí)驗(yàn)測定，不同表面與液體的組合其值不同；

△t=tw-ts

tw

壁溫

ts蒸汽的飽和溫度。（4）沸騰傳熱過程的強(qiáng)化

液體物性：λ和ρ增大，μ和σ減小，有利于沸騰傳熱；加入少量的某種添加劑以改變沸騰液體的表面張力σ；加熱面狀況：表面粗糙，孔膜多，可提供較多的汽化核心；

溫度差和壓力：過熱度tW-ts愈大，或tW-ts恒定提高壓差，有利沸騰傳熱。小結(jié)針對(duì)所要處理的傳熱問題，選擇適當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)式；