化工原理上冊天津大學柴誠敬39－40學時課件

第五章傳熱5.4對流傳熱1對流傳熱是指運動流體與固體壁面之間的熱量傳遞過程，對流傳熱與流體的流動狀況密切相關。對流傳熱概述圖5-12對流傳熱的溫度分布情況2無相變有相變強制對流自然對流對流傳熱蒸汽冷凝液體沸騰概述3圖5-12對流傳熱的溫度分布情況一、對流傳熱機理5一、對流傳熱機理當湍流的流體流經固體壁面時，將形成湍流邊界層，若流體溫度與壁面不同，則二者之間將進行熱交換。層流內層緩沖層湍流核心湍流邊界層傳熱方式熱傳導熱傳導和渦流傳熱渦流傳熱6層流內層緩沖層湍流核心湍流邊界層溫度梯度較大居中較小熱阻較大居中較小對流傳熱是集熱對流和熱傳導于一體的綜合現象。對流傳熱的熱阻主要集中在層流內層，因此，減薄層流內層的厚度是強化對流傳熱的主要途徑。一、對流傳熱機理7圖5-13平板上的熱邊界層二、熱邊界層及對流傳熱系數9若緊靠壁面處薄層流體內的傳熱只能是熱傳導，因此傳熱速率可用傅立葉定律表示，即緊靠壁面處薄層流體的溫度梯度二、熱邊界層及對流傳熱系數10根據牛頓冷卻定律，流體和壁面間的對流傳熱速率方程為換熱器任一截面上與熱流體相接觸一側的壁溫換熱器任一截面上熱流體的平均溫度二、熱邊界層及對流傳熱系數11二、熱邊界層及對流傳熱系數當流體流過圓管進行傳熱時，管內熱邊界層的形成和發(fā)展。對于一定的管長，破壞邊界層的發(fā)展也能強化對流傳熱。對于同一種流體，強制對流傳熱的對流傳熱系數要大于自然對流的，有相變化的要大于無相變化的。13第五章傳熱5.4對流傳熱5.4.1對流傳熱機理和對流傳熱系數5.4.2

對流傳熱的量綱分析14一、影響對流傳熱系數的因素1.流體的種類和相變化的情況2.流體的特性：導熱系數、黏度、比熱容、密度以及體積膨脹系數3.流體的溫度4.流體的流動狀態(tài)5.流體流動的原因6.傳熱面的形狀、位置和大小15量綱分析的基本依據是π定理：一個表示n個物理量間關系的量綱一致的方程式，一定可以轉換成包含n-m個獨立的量綱為一數群間的關聯式，m指n個物理量中所涉及的基本量綱的數目。量綱分析的核心在于確定n和m，并用一定技巧將各個量綱為一數群的內涵確定下來。量綱分析基本依據二、對流傳熱過程的量綱分析171.流體無相變時的強制對流傳熱過程（1）列出影響該過程的物理量傳熱設備的特征尺寸二、對流傳熱過程的量綱分析18（2）確定量綱為一數群的數目上述7個變量（物理量）涉及到4個基本量綱：長度、質量、時間和溫度依據π定理，量綱為一數群的數目等于7-4=3二、對流傳熱過程的量綱分析19普蘭德數(Prandtlnumber)表示速度邊界層和熱邊界層相對厚度的一個參數，反映與傳熱有關的流體物性。強制對流（無相變）傳熱時的準數關聯式因此，有二、對流傳熱過程的量綱分析212.自然對流傳熱過程（1）列出影響該過程的物理量傳熱設備的特征尺寸作用在單位體積流體上的浮力二、對流傳熱過程的量綱分析22（2）確定量綱為一數群的數目上述7個變量（物理量）涉及到4個基本量綱：長度、質量、時間和溫度依據π定理，量綱為一數群的數目等于7-4=3二、對流傳熱過程的量綱分析23格拉斯霍夫數(Grashofnumber)表示由溫度差引起的浮力與黏性力之比自然對流（無相變）傳熱時的準數關聯式因此，有二、對流傳熱過程的量綱分析253.使用由實驗數據整理得到的關聯式應注意的問題（1）應用范圍關聯式中Re、Pr等準數的數值范圍等；（2）特性尺寸Nu、Re等準數中的?應如何確定；（3）定性溫度各準數中的流體物性應按什么溫度查取。二、對流傳熱過程的量綱分析26特性尺寸：管內徑。定性溫度：流體進、出口溫度的算術平均值。應用范圍：若，可將由上式求得的值乘以進行校正。一、流體在管內作強制對流29（2）高黏度流體可應用西德爾（Sieder）—泰特（Tate）關聯式或壁溫下的黏度考慮熱流方向的校正項一、流體在管內作強制對流30特性尺寸：管內徑。定性溫度：除μw取壁溫外，均取流體進、出口溫度的算術平均值。應用范圍：一、流體在管內作強制對流312.流體在光滑圓形直管內作強制層流特性尺寸：管內徑。定性溫度：除μw取壁溫外，均取流體進、出口溫度的算術平均值。應用范圍：一、流體在管內作強制對流32當時，對流傳熱系數可先用湍流時的公式計算，然后把算得的結果乘以校正系數。3.流體在光滑圓形直管中呈過渡流一、流體在管內作強制對流334.流體在彎管內作強制對流流體在彎管內流動時，由于受離心力的作用，增大了流體的湍動程度，使對流傳熱系數較直管內的大管子的彎曲半徑一、流體在管內作強制對流345.流體在非圓形管內作強制對流流體在非圓形管內作強制對流時，只要將管內徑改為當量直徑，則仍可采用上述各關聯式。傳熱當量直徑定義：究竟采用哪個當量直徑，由具體的關聯式決定。一、流體在管內作強制對流35練習