第十五章對(duì)流換熱(少課時(shí))

第十五章對(duì)流換熱分析對(duì)流換熱的影響因素相似理論及不同情況下對(duì)流換熱計(jì)算沸騰換熱和凝結(jié)換熱對(duì)流換熱的概念對(duì)流換熱的影響因素牛頓冷卻公式§15-1對(duì)流換熱概念及牛頓冷卻公式一、對(duì)流與對(duì)流換熱的概念1、對(duì)流：定義：分類：

自然對(duì)流：起因：流體各部分密度不同如：暖氣片供暖時(shí)空氣的流動(dòng)

強(qiáng)制對(duì)流：起因：外界提供動(dòng)力如：空調(diào)制冷，暖風(fēng)機(jī)供暖2、對(duì)流換熱定義：流體與固體壁面之間既直接接觸又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的熱量傳遞過程。分析：對(duì)流換熱包含熱對(duì)流和導(dǎo)熱t(yī)ftw層流三、對(duì)流換熱的影響因素流動(dòng)的起因和流態(tài)流體有無相變流體的物理性質(zhì)換熱表面的幾何因素1、流動(dòng)的起因和流態(tài)受迫對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱層流和紊流層流：流速緩慢，流體分層，垂直于流動(dòng)方向上的熱傳遞主要靠導(dǎo)熱，h小紊流：流體內(nèi)各部分流體迅速混合，熱傳遞主要依靠流體宏觀的湍流脈動(dòng)，h大2、流體的物理性質(zhì)對(duì)導(dǎo)熱和對(duì)流產(chǎn)生影響的物性都將影響對(duì)流換熱導(dǎo)熱系數(shù)λ，W/（m·K）密度ρ，kg/m3比熱容c,J/(kg·K)動(dòng)力粘度μ，Pa·s（或運(yùn)動(dòng)粘度ν=η/ρ，m2/s）體膨脹系數(shù)αv，K-1流體的物性參數(shù)的數(shù)值隨流體的種類、溫度、壓力而變化，對(duì)于同一種不可壓縮牛頓流體主要取決于溫度3、流體有無相變無相變換熱：顯熱傳遞熱量相變換熱：沸騰換熱和凝結(jié)換熱過程中有潛熱變化，沸騰換熱中有氣泡的強(qiáng)烈擾動(dòng)，因此換熱的規(guī)律和強(qiáng)度不同于單相流體，一般遠(yuǎn)高于單相流體的對(duì)流換熱4、換熱表面的幾何因素幾何因素影響流體的流動(dòng)狀態(tài)，因此影響流體的速度分布和溫度分布幾何形狀尺寸相對(duì)位置表面粗糙度四、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的函數(shù)式h：表征對(duì)流換熱強(qiáng)弱的參數(shù)五、牛頓冷卻公式1、牛頓冷卻公式對(duì)流換熱量（W）對(duì)流換熱面積（m2）流體與壁面溫差（tf-tw）h：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2?℃）意義：當(dāng)流體與壁面之間溫差為1℃時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱流量。單位面積的換熱量或表示為：流體被加熱流體被冷卻第二部分相似理論及不同情況下

對(duì)流換熱計(jì)算§15-2相似理論及其應(yīng)用§15-3管內(nèi)流體強(qiáng)制對(duì)流換熱計(jì)算§15-4管外流體強(qiáng)制對(duì)流換熱計(jì)算§15-5空間流體自然對(duì)流換熱計(jì)算研究對(duì)流換熱的目的：獲得表面?zhèn)鳠醜的數(shù)學(xué)表達(dá)式實(shí)驗(yàn)法：利用相似原理指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法流體在壁面外法線方向上的平均無量綱速度梯度，其大小反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。流體慣性力與粘性力的相對(duì)大小，Re越大，慣性力影響越大。根據(jù)Re的大小判斷流態(tài)。流體動(dòng)量擴(kuò)散能力與熱量擴(kuò)散能力的相對(duì)大小，是流體的物性準(zhǔn)則。流體所受浮升力與粘滯力的相對(duì)大小。Gr數(shù)值越大，表明浮升力越大，自然對(duì)流換熱越強(qiáng)，反之亦然。Gr說明自然對(duì)流換熱相似。對(duì)流換熱量的計(jì)算步驟：1.分析流動(dòng)：自然對(duì)流換熱大空間自然對(duì)流換熱－－P192有限空間自然對(duì)流換熱－－P194強(qiáng)制對(duì)流換熱管內(nèi)－－表15-3直管內(nèi)層流P183直管內(nèi)過渡流P183直管內(nèi)紊流P184彎管P185管外流體強(qiáng)制橫向流過單管P188流體強(qiáng)制橫向流過管束P1902.確定定性溫度和定型尺寸:P1803.確定Ｐr、Gr、Re相關(guān)參數(shù)可從附錄A-10和A-11中查取4.確定Nu的計(jì)算公式并進(jìn)行計(jì)算5.由Nu求得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h6.熱流密度或熱流量的計(jì)算相變換熱分類:

液體氣體

吸收熱量、蒸發(fā)器沸騰凝結(jié)放出熱量、冷凝器第六節(jié)、沸騰換熱一、沸騰換熱概述沸騰：在液體內(nèi)部進(jìn)行的汽化現(xiàn)象。沸騰換熱:是伴隨相變的對(duì)流換熱,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要比無相變的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大得多.沸騰換熱是制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器的主要換熱方式.分類：大空間沸騰管內(nèi)沸騰二、大空間的沸騰換熱機(jī)理和沸騰曲線定義：在高于飽和溫度的加熱面沉浸于具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰。沸騰溫差：Δt=ts-tw經(jīng)歷階段：自然對(duì)流：Δt＜5℃

泡態(tài)沸騰：5℃＜Δt＜25℃

過渡沸騰：Δt>25℃

膜態(tài)沸騰：沸騰曲線0101001000Δt5q自然對(duì)流泡態(tài)過渡態(tài)膜態(tài)ABCDqmax臨界點(diǎn)：C熱流密度峰值：qmax

臨界熱流通量三、管內(nèi)沸騰換熱過程四、影響沸騰換熱的因素1、液體表面壓力壓力低,沸點(diǎn)低,換熱溫差大,利于換熱2、不凝性氣體存在會(huì)使壓力升高3、液位高度隨液位的降低而升高故滿液式蒸發(fā)器內(nèi)液位不能太高4、沸騰表面結(jié)構(gòu)表面的微小凹坑容易產(chǎn)生汽化核心沸騰換熱計(jì)算水在1~40bar的壓力下：注意：壓力的單位為bar。實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式峰值計(jì)算式第七節(jié)、凝結(jié)換熱一、凝結(jié)換熱概述1、定義：工質(zhì)在飽和溫和下釋放熱量由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程2、凝結(jié)的形式：

珠狀凝結(jié)

液體與壁面潤(rùn)滑不好

膜狀凝結(jié)液體與壁面潤(rùn)滑良好特點(diǎn)：膜狀凝結(jié)：珠狀凝結(jié)：tstw液膜蒸汽空間tstw蒸汽空間二、影響凝結(jié)換熱的因素