第十五章對流換熱(少課時)

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

自然對流：起因：流體各部分密度不同如：暖氣片供暖時空氣的流動

強制對流：起因：外界提供動力如：空調(diào)制冷，暖風機供暖2、對流換熱定義：流體與固體壁面之間既直接接觸又有相對運動時的熱量傳遞過程。分析：對流換熱包含熱對流和導熱t(yī)ftw層流三、對流換熱的影響因素流動的起因和流態(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、流動的起因和流態(tài)受迫對流換熱和自然對流換熱層流和紊流層流：流速緩慢，流體分層，垂直于流動方向上的熱傳遞主要靠導熱，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，h大2、流體的物理性質(zhì)對導熱和對流產(chǎn)生影響的物性都將影響對流換熱導熱系數(shù)λ，W/（m·K）密度ρ，kg/m3比熱容c,J/(kg·K)動力粘度μ，Pa·s（或運動粘度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烈擾動，因此換熱的規(guī)律和強度不同于單相流體，一般遠高于單相流體的對流換熱4、換熱表面的幾何因素幾何因素影響流體的流動狀態(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位置表面粗糙度四、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的函數(shù)式h：表征對流換熱強弱的參數(shù)五、牛頓冷卻公式1、牛頓冷卻公式對流換熱量（W）對流換熱面積（m2）流體與壁面溫差（tf-tw）h：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2?℃）意義：當流體與壁面之間溫差為1℃時，在單位時間內(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

對流換熱計算§15-2相似理論及其應用§15-3管內(nèi)流體強制對流換熱計算§15-4管外流體強制對流換熱計算§15-5空間流體自然對流換熱計算研究對流換熱的目的：獲得表面?zhèn)鳠醜的數(shù)學表達式實驗法：利用相似原理指導下的實驗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，其大小反映對流換熱的強弱。流體慣性力與粘性力的相對大小，Re越大，慣性力影響越大。根據(jù)Re的大小判斷流態(tài)。流體動量擴散能力與熱量擴散能力的相對大小，是流體的物性準則。流體所受浮升力與粘滯力的相對大小。Gr數(shù)值越大，表明浮升力越大，自然對流換熱越強，反之亦然。Gr說明自然對流換熱相似。對流換熱量的計算步驟：1.分析流動：自然對流換熱大空間自然對流換熱－－P192有限空間自然對流換熱－－P194強制對流換熱管內(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管外流體強制橫向流過單管P188流體強制橫向流過管束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的計算公式并進行計算5.由Nu求得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h6.熱流密度或熱流量的計算相變換熱分類:

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)部進行的汽化現(xiàn)象。沸騰換熱:是伴隨相變的對流換熱,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要比無相變的對流表面?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自然對流泡態(tài)過渡態(tài)膜態(tài)ABCDqmax臨界點：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,沸點低,換熱溫差大,利于換熱2、不凝性氣體存在會使壓力升高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算水在1~40bar的壓力下：注意：壓力的單位為bar。實驗關(guān)聯(lián)式峰值計算式第七節(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)

液體與壁面潤滑不好

膜狀凝結(jié)液體與壁面潤滑良好特點：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