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1、1,4.3 对流换热,4.3.1 对流换热基本概念 对流传热与对流换热 对流传热：在流体内部依靠流体年的宏观位移将热量从高 温处传向低温处 对流换热：流体与固体之间接触时彼此之间的换热过程。 对流换热与对流传热的区别 传热的方式不同：对流换热包括流体位移时的对流传热， 也包括传导,1,4.3.2对流换热影响 因素 流体动的动力 （A）强制流动 （B）自由流动 流体流动状态 层流：主要依靠流体传导，与流体流动速度无关； 紊流：依靠传导和对流，与边界层热阻有关，运动速度越大 越大，越大。 流体物理性质： 流体密度、比热越大，热流量越大； 导热系数大的流体，热阻小，热流量越大； 流体粘度大，边界层厚
2、度大，热流量越小。 固体壁面的形状和位置。,单位质量流体浮升力 0gt,1,4.3.3对流换热基本定律,牛顿冷却定律 换热的热流量q与 流体和固体壁面之间温度差成正比。 即： q=(tw-tf) w/m2 的意义： 表示单位时间内，当流体与固体壁面之间温度差为1时， 通过单位面积的热量。 计算中，将影响q的全部因素归结到，使计算公式简化。 即：=f(,l1,l2,l3,u,tw,tf),1,4.3.4对流换热过程相似理论,相似概念： （A）几何相似 （B）物理量的分布相似 （C）物理现象相似,相似,相似,1,（）流体力学相似： 欧拉准数 表示意义：流体静压头与动压头之比 雷诺准数 表示意义：表
3、示流体惯性力与粘滞阻力之比 葛拉晓夫准数 表示意义：流体浮升力与粘滞阻力之比,相似准数 准数：具有一定物理意义的无因次数群。 （）几何相似：两个系统对应边成比例，对应角相等,1,（）热力学相似 普兰特准数： 意义：表示流体的物性参数。 努谢特准数： 意义:传导热阻与对流热阻之比,1,4.3.5对流换热准数方程,因次分析法 因次和谐性：物理方程所包含各项在因次上一致。 基本物理量：国际单位制中7个基本物理量： 长度（L）、温度（）、质量（M）、时间（）、量（mol)、电流（A）、埃得拉（(ed) 对流换热准数方程 =f(,l1,l2,l3,u,tw,tf) 即 Nu=AReaPrbGrc 或：
4、Nu=f(Re,Pr,Gr),1,几种特殊情况： （）流体强制流动：自然对流可以忽略，即Gr=0 Nu=f(Re,Pr) 流体种类已知：Pr为常数，即Nu=f(Re) （）流体自然流动：Re可忽略， Nu=f(Gr,Pr) 流体种类已知：Pr为常数，即Nu=f(Gr),1,定性温度和定性尺寸,（）定性温度：决定准数中物理参数值的温度。 常用定性温度: 流体与 固体壁平均温度； 固体壁面温度; 流体平均温度. （）定性尺寸：对流体流动有决定意义的壁面与流体接触 的几何尺寸。 常见定性尺寸： 流体在管道中流动管道直径或当量直径； 横向掠过单管或管道族管道外径； 纵向掠过单管或管道族管道流动方向的长
5、度。,1,4.3.6不同情况的对流换热系数计算,计算方法： （）查各条件下的准数方程，计算Nu （）利用 计算 （）利用牛顿冷却定律计算q 常见情况下的对流换热计算 （1） 强制对流,适用条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。,1)流体在圆管内紊流流动,1,2)流体在圆管内层流流动,适用条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。,Ref0.6，RefPrf(d/l)10,3)流体掠过平板紊流流动,适用条件：5105Re107；Prf=0.550； 定性温度为边界层平均温度，.定性尺寸为板长。,1,4）流体掠过平板层流流动,适用条件：Re1；定性温度为边界层平均温度， 定性尺
6、寸为板长,5）流体外掠单管,适用条件：定性温度为流体温度，定性尺寸为单管外径， c、n与Re有关的实验常数。,1,（2）自然对流,自然对流的准数方程：,幂函数形式：,1)垂直平壁及直圆筒：,Gr.Pr=104 109,Gr.Pr=109 1013,定性温度为边界层平均温度；定性尺寸为高度。,1,2)水平圆筒：,Gr.Pr=104 109,Gr.Pr=109 1012,3)经验公式：,在垂直壁面上K=2.56；在水平壁面上(热面向上)K=3.26； 在水平壁面上(热面向下)K=1.63。,定性温度为边界层平均温度；定性尺寸为外径。,1,3强化对流换热因素分析 （1）对流换热系数：，Q 强制对流：w，；w，Q/V，。 自然对流：(tw-tf),。 流体种类：水重油烟气空气 （2）流体与壁面的温差：(tw-tf)，Q （3）流体与固体的接触面：F，Q,
