63-對流給熱課件

6.3.1對流給熱過程分析6.3.2對流給熱過程的數(shù)學描述6.3.3無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關聯(lián)式6.3對流給熱1.6.3.1對流給熱過程分析6.3對流給熱1.6.3.1對流給熱過程分析一、對流給熱的溫度分布1.熱邊界層或溫度邊界層流體在平壁上流過時，流體和壁面間將進行換熱，引起壁面法向方向上溫度分布的變化，形成一定的溫度梯度，近壁面處，流體溫度發(fā)生顯著變化的區(qū)域，稱為熱邊界層或溫度邊界層。

2.6.3.1對流給熱過程分析一、對流給熱的溫度分布1.熱2.層流流動主要依靠熱傳導方式來進行熱量傳遞3.湍流流動層流底層溫度梯度大，熱傳導方式湍流核心溫度梯度小，對流方式過渡區(qū)域熱傳導和對流方式3.2.層流流動主要依靠熱傳導方式來進行熱量傳遞3.湍流4.對流給熱過程的強化減少層流底層的厚度

4.4.對流給熱過程的強化減少層流底層的厚度4.二、對流給熱過程的分類流體在傳熱過程中是否有相變化流體無相變的給熱過程流體有相變的給熱過程強制對流給熱自然對流給熱蒸汽冷凝給熱液體沸騰給熱5.二、對流給熱過程的分類流體在傳熱過程中是否有相變化流體無相三、強制對流與自然對流1.強制對流流體在外力(如泵、風機或其他勢能差)作用下引起的宏觀流動湍流時對流給熱的阻力主要集中在壁面附近6.三、強制對流與自然對流1.強制對流流體在外2.自然對流—a處的密度研究對象:一高度為L的垂直平板與液體間的給熱—b處的密度較小

7.2.自然對流—a處的密度研究對象:一高度為L的垂直平板說明：

①自然對流的強弱與加熱面的位置密切有關。除上述垂直放置以外，加熱面也可以水平放置。問：采暖器、制冷空調應安裝在房間的上方還是下方？為什么？②環(huán)流速度除取決于溫差外，還取決于流動阻力。因而與流體的性質、流動空間的幾何形狀與尺寸有關。8.說明：①自然對流的強弱與加熱面的位置密切有6.3.2對流給熱過程的數(shù)學描述

有效膜理論：在靠近壁面處引起溫度的變化形成溫度邊界層。溫度差主要集中在層流底層中。假設流體與固體壁面之間的傳熱熱阻全集中在厚度為δt有效膜內。一、牛頓冷卻定律TTWttW

t總有效膜厚度湍流區(qū)虛擬膜厚度層流底層膜厚度9.6.3.2對流給熱過程的數(shù)學描述有效膜理論：在有效膜是集中了全部傳熱溫差并以導熱方式傳熱的虛擬膜

令

─對流傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)10.有效膜是集中了全部傳熱溫差并以導熱方式傳熱的虛流體被冷卻：TTWttW

t牛頓冷卻定律：流體被加熱：1.牛頓冷卻定律是一種推論，假設Q∝

t。2.復雜問題簡單化表示。說明：11.流體被冷卻：TTWttWt牛頓冷卻定律：流體被加熱：1.二、獲得給熱系數(shù)的方法1.解析法2.數(shù)學模型法3.因次分析法4.實驗法12.二、獲得給熱系數(shù)的方法1.解析法2.數(shù)學模型法3.三、影響對流給熱系數(shù)

的因素及無因次化①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。強制對流：由于外力和壓差而引起的流動。

強>自

②流體的物性

，

，

，cp

1.影響因素13.三、影響對流給熱系數(shù)的因素及無因次化①引起流動的原因⑤是否發(fā)生相變蒸汽冷凝、液體沸騰

相變>無相變④傳熱面的形狀，大小和位置形狀：如管、板、管束等；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形排列）；管或板是垂直放置還是水平放置。③流動形態(tài)層流、湍流

湍>層

14.⑤是否發(fā)生相變④傳熱面的形狀，大小和位置③流動形態(tài)2.因次分析

式中l(wèi)——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(shù)：8個由定律（8-4）=4，可知有4個無因次數(shù)群。

＝f(u，l，

，

，cp，

，g

t)15.2.因次分析式中l(wèi)——特性尺寸；＝f

Nusselt待定準數(shù)Reynolds，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16.Nusselt待定準數(shù)Reynolds，流動型態(tài)對3.實驗安排及結果整理②不同Pr的流體在不同的Re下lgNu/Prb＝algRe＋lgAPrNubReNu/PrklgAa以強制湍流為例：Nu＝AReaPrb①采用不同Pr的流體，固定RelgNu＝blgPr＋lg(Area)17.3.實驗安排及結果整理②不同Pr的流體在不同的Re下定性溫度的取法：四、應用準數(shù)關聯(lián)式的注意事項2．特性尺寸3．準數(shù)關聯(lián)式的適用范圍。1．定性溫度:確定物性參數(shù)數(shù)值的溫度稱為~。取對流動與換熱有主要影響的某一幾何尺寸。a.流體進出口溫度的平均值tm＝(t2＋t1)/2；b.壁面的平均溫度tw;c.流體與壁面的平均溫度稱為平均膜溫t=(tm+tW)/2。18.定性溫度的取法：四、應用準數(shù)關聯(lián)式的注意事項2．特性尺寸一、流體在管內的強制對流適用范圍：Re>10000，0.7<Pr<160，<2mPa.s，l/d>606.3.3無相變時對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗關聯(lián)式1．圓形直管內的湍流19.一、流體在管內的強制對流適用范圍：6.3.3無相變時對流傳流體被加熱時，b＝0.4；被冷卻時，b＝0.3。定性溫度取tm＝(t2＋t1)/2注意事項：

特征尺寸為管內徑di20.流體被加熱時，b＝0.4；被冷卻時，b＝0.3。定性溫度取tu,u0.8

d,1/d0.2

流體物性的影響，選大的流體強化措施：21.u,u0.8強化措施：21.(1)高粘度流體

適用范圍:Re>10000，0.7<Pr<160，l/d>60定性溫度取tm；特征尺寸為di液體被加熱1.05液體被冷卻0.95氣體冷卻或加熱122.(1)高粘度流體適用范圍:Re>10000，0.7<Pr<(2)短管l/d<60(3)過渡流（2000<Re<10000)(4)彎曲管

23.(2)短管l/d<60(3)過渡流（2000<Re<1(5)非圓形管強制湍流a.當量直徑法b.實驗法套管環(huán)隙:水-空氣系統(tǒng)12000<Re<220000；d2/d1=1.65~17其中d1為內管外徑，d2為外管內徑用de代替di計算，u不同de,要用實際的流通面積計算適用范圍：24.(5)非圓形管強制湍流a.當量直徑法b.實驗法套管環(huán)隙例:一列管式換熱器，由38根

25×2.5mm的無縫鋼管組成，苯在管內流動，由20℃加熱到80℃，苯的流量為8.32kg/s，外殼中通入水蒸氣進行加熱，求：①管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；②管子換為19×2mm，管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；③當苯的流量提高一倍，對流傳熱系數(shù)變化如何？已知：苯的物性25.例:一列管式換熱器，由38根25×2特點：2.圓形管內強制層流①物性特別是粘度受管內溫度不均勻性的影響，導致速度分布受熱流方向影響。

熱流方向對層流速度分布的影響26.特點：2.圓形管內強制層流①物性特別是粘③層流要求的進口段長度長，實際進口段小時，對流傳熱系數(shù)提高。

②層流的對流傳熱系數(shù)受自然對流影響嚴重使得對流傳熱系數(shù)提高。

27.③層流要求的進口段長度長，實際進口段小時，適用范圍：定性溫度：28.適用范圍：定性溫度：28.二、管外強制對流的對流傳熱系數(shù)1.流體在管束外垂直流過29.二、管外強制對流的對流傳熱系數(shù)1.流體在管束外垂直流過在換熱器內單排管：30.在換熱器內單排管：30.整個管束：定性溫度：適用范圍：特性尺寸：管的外徑do31.整個管束：定性溫度：適用范圍：特性尺寸：管的外徑do31.2．流體在換熱器殼程的流動擋板形式：圓盤形、圓缺形32.2．流體在換熱器殼程的流動擋板形式：圓盤形、圓缺形32.殼程流體的對流傳熱系數(shù)（圓缺形）：定性溫度：正方形排列：正三角形排列：特征尺寸：當量直徑ded0tt33.殼程流體的對流傳熱系數(shù)（圓缺形）：定性溫度：正方形排列：正流速u按流通截面最大處的截面計算：式中h——兩塊折流擋板間距離，m；D——換熱器殼徑，m；do——管子的外徑，m；t——相鄰兩管中心距，m。34.流速u按流通截面最大處的截面計算：式中h——兩塊折注意：換熱器無折流擋板時，流體平行流過管束，對流給熱系數(shù)按管內強制對流計算，但管子的內徑換為當量直徑