對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式詳解演示文稿

對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式詳解演示文稿第一頁，共三十八頁。優(yōu)選對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式第二頁，共三十八頁。代價(jià)：動(dòng)力消耗↑。

（2）流體流動(dòng)原因

強(qiáng)制對流：外部機(jī)械作功，一般流速較大，α也較大。

自然對流：由流體密度差造成的循環(huán)過程,一般流速較小，α也較小。（1）流體流動(dòng)狀態(tài)第三頁，共三十八頁。（3）流體的物理性質(zhì)

（4）傳熱面的形狀、位置和大小壁面的形狀，尺寸，位置、管排列方式等，造成邊界層分離，增加湍動(dòng)，使α增大。第四頁，共三十八頁。（5）相變化的影響有相變傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰，無相變傳熱：強(qiáng)制對流、自然對流，

一般地，有相變時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。例：水強(qiáng)制對流，蒸汽冷凝，第五頁，共三十八頁。3.4.2無相變化時(shí)對流傳熱過程的量綱分析（1）量綱分析過程①優(yōu)點(diǎn)：減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)；②依據(jù)：物理方程各項(xiàng)量綱一致；③步驟：：（a）通過理論分析和實(shí)驗(yàn)觀察，確定相關(guān)因素；對流傳熱系數(shù)分析方法①解析法②數(shù)學(xué)模型法③量綱分析法④實(shí)驗(yàn)法第六頁，共三十八頁。（b）構(gòu)造函數(shù)形式；（c）列出量綱指數(shù)的線性方程組（M、L、T、）；（d）規(guī)定已知量（指數(shù)），確定余下指數(shù)表達(dá)式；（e）整理特征數(shù)方程形式。第七頁，共三十八頁。①努賽爾數(shù)說明：

▲反映對流傳熱的強(qiáng)弱，包含對流傳熱系數(shù)；說明：反映流動(dòng)狀態(tài)對α的影響。l：特征尺寸，平板——流動(dòng)方向的板長；管——管徑或當(dāng)量直徑；（2）特征數(shù)的物理意義②雷諾數(shù)第八頁，共三十八頁。

③普朗特?cái)?shù)說明：▲反映流體物性對傳熱的影響

使用時(shí)注意：*查取定性溫度下的物性；*計(jì)算所用單位，SI制。第九頁，共三十八頁。說明：反映自然對流的強(qiáng)弱程度。

④格拉斯霍夫數(shù)（浮升力特征數(shù)）強(qiáng)制對流自然對流混合對流第十頁，共三十八頁。應(yīng)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式應(yīng)注意的問題（1）定性溫度定性溫度：決定準(zhǔn)數(shù)中各物性的溫度。流體的平均溫度t=(t1+t2)/2為定性溫度；壁面的平均溫度tw為定性溫度；流體和壁面的平均溫度（稱為膜溫）tm=(t+tw)/2為定性溫度。工程上大多以流體的平均溫度t=(t1+t2)/2為定性溫度。（2）特性尺寸特性尺寸：量綱為1的數(shù)群Nu，Re等中所包含的傳熱面尺寸。圓管內(nèi)：特性尺寸取管內(nèi)徑；非圓管內(nèi)：特性尺寸取當(dāng)量直徑，de’=4流動(dòng)截面積/傳熱周邊（3）注意公式的應(yīng)用條件。第十一頁，共三十八頁。

無相變化的對流傳熱（1）管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱一般關(guān)系式：傳熱流動(dòng)狀態(tài)劃分（區(qū)別于流體流動(dòng)時(shí)規(guī)律）流動(dòng)狀態(tài)不同，則K、a、b值不同第十二頁，共三十八頁。①流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流的對流傳熱系數(shù)a)低粘度流體第十三頁，共三十八頁。流體被加熱，n=0.4流體被冷卻，n=0.3定性溫度：tm=(t1+t2)/2特征尺寸：管內(nèi)徑d0保證流體達(dá)到傳熱湍流；適用條件：說明：避開傳熱進(jìn)口段，保證穩(wěn)態(tài)傳熱。

第十四頁，共三十八頁。b)粘度較大流體近似?。憾ㄐ詼囟龋簍m=(t1+t2)/2

特征尺寸：管內(nèi)徑d0適用條件：

第十五頁，共三十八頁。c)流體流過短管（l/d<50）影響：處于傳熱進(jìn)口段，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大。計(jì)算：采用以上各式計(jì)算α，并加以校正。R彎管內(nèi)流體的流動(dòng)d

d)圓形彎管內(nèi)的強(qiáng)制對流特點(diǎn)：離心力使徑向壓力不均，產(chǎn)生二次環(huán)流；

結(jié)果：流體湍動(dòng)程度增加，使α增加；

同時(shí)，流動(dòng)阻力損失增加。第十六頁，共三十八頁。

e)圓形直管內(nèi)過渡流時(shí)對流傳熱系數(shù)

計(jì)算：采用湍流公式，但需加以校正。說明：設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，一般避免過渡流。

f)圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流

特點(diǎn)：1）傳熱進(jìn)口段的管長所占比例較大；2）熱流方向不同，也會(huì)影響；3）自然對流的影響，有時(shí)不可忽略。第十七頁，共三十八頁。定性溫度：tm=(t1+t2)/2；特征尺寸：管內(nèi)徑d。適用條件：當(dāng)自然對流的影響不能忽略，先由上式進(jìn)行計(jì)算，然后乘以校正系數(shù)第十八頁，共三十八頁。

g)非圓形管內(nèi)強(qiáng)制對流

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采用圓形管內(nèi)相應(yīng)的公式計(jì)算，

但特征尺寸采用當(dāng)量直徑。

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最好采用專用、經(jīng)驗(yàn)公式。如：套管環(huán)隙式中：第十九頁，共三十八頁。例題1：有一雙管程列管換熱器，由96根Φ25mm×2.5mm的鋼管組成。苯在管內(nèi)流動(dòng)，由20℃被加熱到80℃，苯的流量為9.5kg/s，殼程中通入水蒸氣進(jìn)行加熱。試求：①管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；②若苯的流率增加一倍，其他條件不變，此時(shí)的對流傳熱系數(shù)為多少；③若管徑降為原來1/2，其他條件與①相同，此時(shí)對流傳熱系數(shù)為多少；第二十頁，共三十八頁。

②管外強(qiáng)制對流a)流體橫向流過單管A流體橫向流過單根圓管外時(shí)流動(dòng)情況第二十一頁，共三十八頁。常數(shù)C、指數(shù)n見下表沿整個(gè)管周的平均對流傳熱系數(shù)：ReCn0.4~44~4040~40004000~4000040000~4000000.9890.9110.6830.1930.02660.3300.3850.4660.6180.805特征尺寸：管外徑第二十二頁，共三十八頁。

◆管束的排列方式

直列（正方形）、錯(cuò)列（正三角形）b)流體橫向流過管束的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)x2x1d直列管束中管子的排列和流體在管束中運(yùn)動(dòng)特性x1x2d錯(cuò)列管束中管子的排列和流體在管束中運(yùn)動(dòng)特性第二十三頁，共三十八頁。直列第一排管直接沖刷；第二排管不直接沖刷；擾動(dòng)減弱第二排管以后基本恒定。錯(cuò)列第一排管錯(cuò)列和直列基本相同；

第二排管錯(cuò)列和直列相差較大，阻擋減弱，沖刷增強(qiáng)；

第三排管以后基本恒定。x2x1dx1x2d第二十四頁，共三十八頁。

可以看出，錯(cuò)列傳熱效果比直列好?！魝鳠嵯禂?shù)的計(jì)算方法

任一排管子：C、ε、n取決于管排列方式和管排數(shù)。特征尺寸：管外徑適用范圍：第二十五頁，共三十八頁。(3)自然對流傳熱溫度差引起流體密度不均，導(dǎo)致流體流動(dòng)。分類：大空間自然對流傳熱：邊界層發(fā)展不受限制和干擾。

有限空間自然對流傳熱：邊界層發(fā)展受到限制和干擾。大空間自然對流傳熱：計(jì)算方法①查表法第二十六頁，共三十八頁。大空間內(nèi)流體沿垂直或水平壁面進(jìn)行自然對流傳熱時(shí)：定性溫度：膜溫定型尺寸：豎板，豎管，L；水平管，外徑do影響因素：物性，傳熱面積、形狀、放置方式；系數(shù)C和指數(shù)n的取值見下表：②經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)doL第二十七頁，共三十八頁。傳熱面的形狀及位置GrPrCn特征長度垂直的平板及圓柱面10-1~104104~109109~1013查圖0.590.1查圖1/41/3高度L水平圓柱面0~10-510-5~104104~109109~10110.4查圖0.530.130查圖1/41/3外徑d0水平板熱面朝上或水平板冷面朝下2×104~8×1068×106~10110.540.151/41/3矩形取兩邊平均值圓盤0.9d

狹長條取短邊水平板熱面朝下或水平板冷面朝上105~10110.581/5第二十八頁，共三十八頁。3.4.4.1有相變對流傳熱的特點(diǎn)①相變過程中產(chǎn)生大量相變熱（潛熱）；例：水3.4.4有相變化的對流傳熱②相變過程有其特殊傳熱規(guī)律，傳熱更為復(fù)雜；③分為蒸汽冷凝與液體沸騰兩種情況。第二十九頁，共三十八頁。(1)蒸汽冷凝機(jī)理

優(yōu)點(diǎn)：飽和蒸汽具有恒定的溫度，操作時(shí)易于控制蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù)較大。

液膜中間層twtstvtv過熱蒸汽3.4.4.2蒸汽冷凝對流傳熱液膜twtsts飽和蒸汽第三十頁，共三十八頁。（2）冷凝方式：①膜狀冷凝凝液呈液膜狀（附著力大于表面張力），熱量：蒸汽相→液膜表面→固體壁面。②滴狀冷凝凝液結(jié)為小液滴（附著力小于表面張力），有裸露壁面，直接傳遞相變熱。比較兩種冷凝方式的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

α滴狀冷凝＞α膜狀冷凝，相差幾倍到幾十倍，但工業(yè)操作上，多為膜狀冷凝。膜狀冷凝滴狀冷凝第三十一頁，共三十八頁。αx膜狀冷凝的真實(shí)過程第三十二頁，共三十八頁。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)測值高于理論值（約20%）

原因：液膜的波動(dòng)、假設(shè)的不確切性(3)膜狀冷凝傳熱膜系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)①垂直管外或壁面上的冷凝（a）液膜層流（b）液膜湍流

注意：壁溫未知時(shí)，計(jì)算應(yīng)采用試差法。垂直管外（或板上）膜狀冷凝時(shí)Re的表達(dá)式：第三十三頁，共三十八頁。水平圓管外膜狀冷凝說明：此式計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。

②水平單管冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)理論計(jì)算：按傾斜壁對方位角做積分（0-1800）。d—圓管外徑，m定性溫度：膜溫，用膜溫查冷凝液的物性、和；潛熱r用飽和溫度ts查；此時(shí)認(rèn)為主體無熱阻，熱阻集中在液膜中。第三十四頁，共三十八頁。水平管外膜狀冷凝第三十五頁，共三十八頁。(4)影響冷凝傳熱的因素

冷凝液膜兩側(cè)的溫度差：

流體物性的影響：

不凝性氣體的影響：形成氣膜，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅度下降。

蒸汽過熱的影響：過熱蒸汽，若壁溫高于飽和溫度，傳熱過程與無相變對流傳熱相同；若壁溫低于飽和溫度，按飽和蒸汽冷凝處理。

蒸氣流速和流向的影響：流速不大時(shí)，影響可忽略；流速較大時(shí)，且與液膜同向，α增大；流速較大時(shí)，且與液膜反向，α減小。第三十六頁，共三十八頁。

沸騰:

沸騰時(shí)，液體內(nèi)部有氣泡產(chǎn)生，氣泡產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)情況，對α影響極大。沸騰分類：

①按設(shè)備尺寸和形狀不同

大容器飽和沸騰；

管內(nèi)沸騰

②按液體主體溫度不同

過冷沸騰：液體主體溫度t<t