化工原理(少学时)课件和辅导教程考试重点例题复习题及课后答案2.3.对流传热.ppt

工业上遇到的对流传热常指间壁式换热器中两侧流体与固体壁面之间的热交换，即流体将热量传给固体壁面或者壁面将热量传给流体的过程称之为对流传热（或称对流给热、放热）。 例题2-3： 常压下，空气在管长为6m、管径为φ30mm×2.5mm的钢管内流动，流速为8m/s，温度由5 ℃升至15 ℃ 。试求: ①管壁对空气的对流传热系数。 ②空气流速增到16m/s，其他条件不变，α/=？ ③管径变为φ19mm×2mm ，其他条件不变，α//=？ Re的表达式： 壳程流体的对流传热系数（圆缺形）： 定性温度： 正方形排列： 正三角形排列： 特征尺寸：当量直径de d0 t t 流速u按流通截面最大处的截面计算： 式中 h——两块折流挡板间距离，m； D——换热器壳径，m； do——管子的外径，m； t——相邻两管中心距，m。 注意：换热器无折流挡板时，流体平行流过管束，对流给热系数按管内强制对流计算，但管子的内径换为当量直径 。 提高壳程对流传热系数的措施： 3）加强湍动，?? 2） 1） 七、大空间的自然对流传热 注意： c,n与传热面的形状（管或板）、放置位置（垂直、水平）有关。 定性温度：膜温，即 特征尺寸：垂直的管或板为高度 水平管为管外径 （一）、蒸汽冷凝 1. 冷凝方式：滴状冷凝和膜状冷凝 八、有相变时的对流传热系数 膜状冷凝： 若冷凝液能润湿壁面，形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动。 附着力表面张力 滴状冷凝： 若冷凝液不能很好地润湿壁面，仅在其上凝结成小液滴，此后长大或合并成较大的液滴而脱落。 附着力表面张力 2. 冷凝过程的热阻：液膜的厚度? 3. 蒸汽冷凝的? 1）水平管束外 式中 n——水平管束在垂直列上的管子数； r——汽化潜热（ts下），kJ/kg。 特性尺寸：管外径do 定性温度：膜温 湍流 2）竖壁或竖管上的冷凝 层流 适用条件：Re1800 适用条件：Re1800 特性尺寸l：管或板高H 定性温度：膜温 * * 返回 第三节 对流传热 一、对流传热过程分析 dA t2 qm1,T1 qm2t1 T2 层流底层 温度梯度大，热传导方式 湍流核心 温度梯度大，对流方式 过渡区域 热传导和对流方式 d A2 A1 tW t TW T 传热壁 冷流体 热流体 二、 对流传热速率方程——牛顿冷却定律 式中 Q ── 对流传热速率，W； ? ── 对流传热系数，W/(m2·℃)； △ t── 对流传热温度差，℃； A ──传热面积，m2。 ──有效膜厚度 下面来推导牛顿冷却定律 建立膜模型： 单层壁导热速率方程： T TW t tW ? 1. 牛顿冷却定律是一种推论，假设Q∝?t。 2. 复杂问题简单化表示。 推动力 阻力 三、影响对流传热系数?的因素 1.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。 ?强 ?自 2.流体的物性 ?，?，?，cp 5. 是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾 ?相变 ?无相变 4. 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。 3.流动形态 层流、湍流 ?湍 ?层 四、对流传热系数经验关联式的建立 （一）因次分析 式中 l——特性尺寸； 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。 ?＝f(u，l，?，?，cp，?，g??t) Nusselt待定准数 Reynolds，流动型态对对流传热的影响 Prandtl，流体物性对对流传热的影响 Grashof，自然对流对对流传热的影响 （二）实验安排及结果整理 以强制湍流为例：Nu＝KReaPrb 1．采用不同Pr的流体，固定Re lgNu＝blgPr＋lgKRea 双对数坐标系得一直线，斜率为b 2．不同Pr的流体在不同的Re下 lgNu/Prb＝algRe＋lgK 双对数坐标系中得一直线 斜率为a，截距为K Pr Nu b Re Nu/Prb K a 定性温度的取法： （三）定性温度、特性尺寸的确定 2