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对流传热的内容分析 化学生物学专业 学生：蒲金远 指导老师：彭刚 摘要 对流传热是在流体流动过程中发生的热量传热现象。工业生产当中遇到的对流传热，常指间壁式换热器中两侧流体与固定壁面进行的热交换，即热流体将热量传给固体壁面，再由固体壁面将热量传给冷流体，这种传热亦常称为给热。因为它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，故对流体传热与流体状况密切相关。 关键词 对流传热 流体 对流传热分析 在工程上，对流传热是指流体固体壁面的传热过程，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的。因此与流体的流动情况密切相关。热流体将热量传给固体壁面，再由壁面传给冷流体。由流体力学知，流体流经圆体壁面时，在靠近壁面处总有一薄层流体顺着壁面做层流流动，即层流底层。当流体做层流流动时，在垂直于流动方向的热量传递，主要以热传导方式进行。由于大多数流体的导热系数较小，故传热热阻主要集中在层流底层中，温差也主要集中在该层中。而在湍流主体中，由于流体质点剧烈混合，可近似的认为无传热热阻，即湍流主体中基本上没有温差。在层流底层与湍流主体之间存在着一个过渡区，在过渡区内，热传导与热对流均起作用使该区的温度发生缓慢变化。 所以，层流底层的温度梯度较大，传热的主要热阻即在此层中，因此，减薄层流底层的厚度δ是强化对流传热的重要途径。在传热学中，该层又称为传热边界层。 综上所述，对流传热是以层流底层的导热和层流底层以外的以流体质点做相对位移与混合为主的传热的总称。为了处理问题方便，一般将有温度梯度存在的区域，即层流底层和过度区称做传热边界层，传热的热阻主要集中在层流底层。图1-1表示。 影响对流热的因素 　对流传热既有分子间的微观热传导作用, 又有流体宏观位移的热对流作用, 是一种复杂的热传递过程, 以牛顿冷却定律Q = A$t 来计算通过传热面的传热量Q, 虽然形式简单, 但影响对流传热的许多因素都归纳到对流传热系数之中了, 使得A的变化错综复杂, 难以确定。具体地说, 对流传热与以下几方面有关。 流体的性质 影响流体对流传热的主要性质有粘度、比热、导热系数等, 这些物性大多又是温度的函数。温度的变化, 使流体的性质发生变化, 引起流道任一截面上的速度分布和温度分布改变,从而影响对流传热。速度分布与温度分布改变的实质是流动边界层厚度和热边界层厚度的变化。 不同流体的物性随温度而变的规律不同, 对于气体, 比热只随温度轻微变化, 但是导热系数与粘度均随温度同等程度的改变, 因此普朗特准数CPL/ K不随温度显著变化。大多数液体的比热和导热系数与温度关系不大, 但是粘度却显著地随温度的升高而减少。因此, 液体的普朗特准数以与粘度相同的方式随温度变化。 总之, 物性随温度变化的一般影响在于改变流体的速度分布与温度分布, 从而给出不同物性的传热系 数。 2　流体的流动状况 管内流体强制流动时, 流型不同则传热规律不同, 所以计算传热系数的公式也不同。 2. 1　湍流时的传热( Re 10000) 湍流时除贴壁的滞流内层外, 湍流核心的速度分布和温度分布较为平坦, 主要热阻存在于滞流内层中, 由于滞流内层极薄, 温度梯度甚大, 所以湍流传热强度远远超过滞流。 2. 2　滞流时的传热( Re 2000) 流体与管壁发生强制对流传热时, 如果管子内径和温差均较小, 则可忽略附加的自然对流的影响。同时, 若流体又有较大的粘性, 则易出现严格的滞流。前已述及, 滞流时的对流传热热阻较大, 对流传热系数A远比湍流时的小。工程上, 虽然多数流型属于湍流, 但在深冷系统和紧凑式换热器中仍存在着滞流对流传热。 3　强制对流与自然对流 流动的起因可分为强制对流和自然对流两大类。 3. 1　强制对流 对于强制对流, 若忽略自然对流的影响, 其一般准数关系式为Nu= f ( Re、Pr ) 。在一定的范围内, 这个关系式可整理成如下形式: Nu= CRemPrn , 式中Nu 称努塞尔特准数, 系数C、指数m、n 依不同情况由实验测定。 3. 2　自然对流 自然对流传热系数的大小与流体的物性, 传热面的大小、形状及位置等有关, 情况比较复杂, 其一般准数关系式为: Nu= f( Gr 、Pr) , 式中Gr 称格拉霍夫准数。 4　传热壁面的影响 流体强制绕流物体表面的对流传热过程, 也是工程上经常遇到的。一类是流体绕流平板或曲度较小的表面的传热; 另一类是流体横向绕流管道的对流传热。绕流物体外表面的几何形状不同, 使绕流物体外的速度分布与温度分布也不同, 从而影响了对流传热过程。不同情况的绕流需要采用不同的公式计算。 4. 1　沿平板( 或曲度较小的表面) 流体时的传热 波尔汉森( E. Pohlha