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1、1、传热速率方程：,2、热传导： （1）单层平壁稳态热传导,（2）多层平壁稳态热传导,（4-7）,（4-5、6）,（4-1）,（4）多层圆筒壁稳态热传导,（3）单层圆筒壁稳态热传导,（4-12、13）,（4-9、10、11）,第三节 对流传热 流体流动时发生，依靠流体质点移动而传热 一、对流传热方程与对流传热系数,特点：两流体的传热方向垂直于流动方向,层流底层：热阻大，温度梯度大，热传导方式 湍流核心：热阻小，温度梯度小，对流方式 过渡区域： 热传导和对流方式,有效膜：假设将过度区和湍流区的传热阻力全部叠加到层流低层的热阻中，用近壁一层厚为的层流膜来代替。若湍流程度增加，有效膜减薄，传热速率增
2、大。,传热推动力不易讨论，为此:,对流传热速率方程牛顿冷却公式,对冷流体 流体被加热：,式中 Q 对流传热速率，W； 对流传热系数，膜系数，W/(m2)； 代替/（/b），因为不易测得。Tw 壁温，；T 流体平均温度，；A 传热面积，m2。,（4-14）,对热流体，流体被冷却：t=T - TW,视为有效膜后，对照单层平壁导热速率方程有：,二、 影响对流传热系数的因素,2.引起流动的原因 自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。 强制对流：由于外力和压差而引起的流动。,1.流体的物性，cp ,(体积膨胀系数,K-1),强 自,u强 u自,空气,强为10250W/m2； 自可达525W/m2
3、；,3.流动形态层流、湍流 湍 层,5. 传热面的形状，大小和位置 形状：如管、板、管束等； 大小：如管径和管长等； 位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。通常将有决定性影响的尺寸称为特征尺寸,4. 是否发生相变蒸汽冷凝、液体沸腾 相变 无相变,为减少获得关联式的实验工作量，将诸影响因数归结为几个量纲为1的量，即特征数。,f(u，l，cp，gt),式中 l特性尺寸；gt浮升力u特征流速。 基本因次：长度L，时间T，质量M，温度 变量总数：8个 由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。,三、 对流传热中的量纲分析 （一）因次分析,（4-17）,（
4、4-14）,Nusselt，怒塞尔数对流传热的特征数,Reynolds，雷诺数流动型态对对流传热的影响,Prandtl，普朗特数流体物性对对流传热的影响,Grashof，格拉斯藿夫数 自然对流对对流传热的影响,（4-16）,（4-17）,lnPr,lnNu,f,2不同Pr的流体在不同的Re下lg(Nu/Prf)a lgRelgK 双对数坐标系中得一直线 斜率为a，截距为lgK,（二）实验安排及结果整理 以实验确定K、a、f、h 强制湍流为例：NuKReaPrf 1采用不同Pr的流体，固定RelgNuf lgPrlg(KRea) 双对数坐标系得一直线，斜率为f,lgRe,lgNu/Prb,lgK
5、,a,获得特征数K、a、f、h数值后的计算对流传热系数的经验式称为关联式。使用时注意：,1、特征数值的适用范围，不能超出。 2、特征尺寸：通过实验确定特征数时，所选定的对流体流动和传热有决定影响的尺寸，称为特征尺寸l。如圆管用管内径d；非圆形管取当量直径d等。 3、定性温度：确定特征数时，所采用的流体的物性参数如Cp、等所依据的温度。,定性温度的取法：,（三）定性温度、特性尺寸的确定,2特性尺寸取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。,3准数关联式的适用范围。,1确定物性参数数值的温度称为定性温度。,不同的实验条件产生不同的关联式，对于某一关联式与下述各点紧密连在一起：,四、 液体无相变时对流
6、传热系数的经验关联式,（一）流体在管内的强制对流,1圆形直管内的湍流（Gr可略） （1）低粘度流体,适用范围：Re 10000，0.7 60,（4-19）,（4-18）,注意事项： 定性温度取进出口温度平均值, 特征尺寸为管内径di 流体被加热时，n0.4；被冷却时，n0.3。, CP：/Jkg-1K-1（kJ要化成J）,(2)高粘度流体,（4-20）,Re 10000，0.7 60 定性温度取 tm（算术平均值），而w取壁温 特征尺寸为 din,(4) 弯曲管内：扰动增大， ，乘以弯管效应校正系数,(3) 短管：l / d 60，入口处扰动较大， ，乘以管入口效应校正系数,例4-6，P144
7、,2.圆形直管内 过渡流（2000Re膜,实际以膜状冷凝为主，仅讨论纯饱和蒸汽膜状冷凝情况。,2. 蒸汽在水平管束外膜状冷凝,式中 n水平管束在垂直列上的管子数；r汽化潜热（ts饱和温度下），kJ/kg；冷凝液密度，kg/m3冷凝液粘度，Pas冷凝液的导热系数，W/（m K）t饱和温度ts与壁面温度tw之差，= ts - tw,特性尺寸l：管外径do,定性温度：膜温,（4-27）,3. 蒸汽在竖壁或竖管上的膜状冷凝,液膜流动为层流：,适用条件：Re液膜流动 1800,特性尺寸l：管或板高H,定性温度：膜温,（4-29）,（4-30）,上述计算应先确定流型再选择相应公式，获得后必须要校验。 校验
8、：冷凝液的液膜沿壁面流动的Re：,（4-32）,：对流传热系数，W/m2 l：壁面高度，m t：蒸汽的饱和温度ts与壁面温度tW之差， r：比汽化热，取饱和温度ts的数据，J/kg ：冷凝液的粘度，取膜温下数据，Pas,例4-10，P150,4冷凝传热的影响因素和强化措施 1) 流体物性冷凝液 , ；冷凝液,；潜热r , 2) 温差液膜层流流动时，t=tstW，, 3) 不凝气体 不凝气体存在，导致 ，定期排放。 4）蒸汽流速与流向 （u10m/s ）u 与液膜流动同向时， ；反向时， 。,5) 蒸汽过热包括冷却和冷凝两个过程。仍用此关联式，但汽化热r需加上成过热蒸汽的热量 6) 冷凝面的形状
9、和位置目的：减少冷凝液膜的厚度 垂直板或管：开纵向沟槽；水平管束：可采用错列,对同一种液体，沸腾传热系数远大于无相变时的值。,优点：大，tW小,临界点,水在常压下饱和沸腾的临界点温度差tc=25K，临界热流密度q1.25106W/m2,3、沸腾传热的影响因素及强化措施 1）液体的性质,强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）,2）温差在核状沸腾阶段温差提高， 3）操作压强,饱和温度,4）加热面新的、洁净的、粗糙的加热面，大强化措施：将表面腐蚀，烧结金属粒,六、 选用对流传热系数关联式的注意事项 （1）根据问题类型，选择适用的关联式； （2）各关联式的应用范围、特性尺寸、定性温度 （3）正确使用量纲，各准数量纲为1，使用公式要求的量纲 （4）学会分析关联式中各物理量对的影响 （5）一般的选用范围（W/（m2K）,作业：198页，4-8题，199页，4-9题,谢 谢,
