圆筒与对流传热课堂讲述.ppt

4.3.5 圆筒壁的稳态热传导 化工生产中常见的为圆筒壁(圆管)的热传导，其特点是温度随半径变化，传热面积也随半径变化，均非常量。 4.3.5.1 单层圆筒壁的稳态热传导 〖说明〗 当圆筒壁两侧温度不变时，传热速率Q为常量，但由于S与r有关，故热通量Q/S不再是常量，而Q/L保持常量； 在任一半径r处，温度表示为: 表明温度沿r方向为对数曲线分布； 导热速率 推动力△t，导热热阻R。 误差不超过4％，工程上允许。 〖说明〗 多层圆筒壁热传导的总推动力为各层温度差之和，总热阻为各层热阻之和。 总的导热速率与总推动力成正比，而和总阻力成反比。对各层，同样有温差与热阻成正比。 不论圆筒壁由多少层组成，通过各层导热速率Q和Q/L为常量，但q不为常量； 其中每一层的温度分布为曲线，但各层分布曲线不同；  4.4 对流传热 4.4.1 对流传热机理 对流传热，指流体与固体壁面直接接触时的传热，是流体的对流与导热两者共同作用的结果。其传热速率与流动状况有密切关系。 考察湍流流体： 流体流过固体壁面时，由于流体的粘性作用，使靠近固体壁面附近存在一薄滞流底层。在此薄层内，沿壁面的法线方向没有热对流，该方向上热的传递仅为热传导。由于流体的导热系数较低，使滞流底层中的导热热阻很大，因此该层中温度差较大，即温度梯度较大。 在湍流主体中，由于流体质点的剧烈混合并充满漩涡，因此湍流主体中温度差及温度梯度极小，各处的温度基本相同。 在湍流主体与滞流底层的过渡层中，热传导和热对流均起作用，在该层内温度发生了缓慢的变化。 图示即为温度在湍流流体中的分布情况。 4.4.2.3 对流传热系数 据前分析，对流传热是一复杂的过程，包括流体中的热传导、热对流及壁面的热传导过程，因而影响对流传热速率的因素很多。由于过程复杂，进行纯理论计算是相当困难的，故目前工程上采用半经验方法处理，将许多复杂影响因素归纳到比例系数а内。 〖说明〗 1. а取平均值 在换热器中，局部对流传热系数а随管长而变化，但在工程计算中，常使用平均对流传热系数，一般也用h表示，此时牛顿冷却定律可表示为： Q= а SΔt 式中： Q — 对流传热速率，W； S — 总传热面积；m2； △t —流体与壁面(或反之)间温度差平均值，℃； а — 平均对流传热系数，W/(m2· ℃) 。 2.牛顿冷却定律的具体表达方式与实际换热情况有关 换热器的传热面积有不同的表示方法，流体的流动位置不同，牛顿冷却定律有不同的写法。如： 热流体、管程：dQ= а i(Tb-Ts)dSi 热流体、壳程：dQ= а o(Tb-Ts)dSo 冷流体、管程：dQ= а i(ts-tb)dSi 冷流体、壳程：dQ= а o(ts-tb)dSo 4.4.2.3.2 对流传热系数 定义式一：据牛顿冷却定律得 4.4.4 对流传热系数关联式 对流传热过程的量纲分析 一、对流传热的分类 强制对流 无相变 自然对流 对流传热 冷凝 有相变 沸腾 ? 4.4.4 对流传热过程的量纲分析 4.4.4.1 对流传热系数的影响因素 对流传热是流体在外界条件作用下，在一定几何形状、尺寸的设备中流动时与固体壁面之间的传热过程，因此影响的主要因素是： 1.流体的种类和相变化情况 а气体 а液体 а有相变 а无相变 2.流体的物性 对а影响较大的流体物性有导热系数、粘度μ、比热Cp、密度ρ及对自然对流影响较大的体积膨胀系数β。具体地： l ↑、μ↓、Cp↑ 、ρ↑ 、β↑ → а ↑ 3.流体的温度 流体温度对对流传热的影响表现在流体温度与壁面温度之差Δt，流体物性随温度变化程度及附加自然对流等方面的综合影响。故计算中要修正温度对物性的影响。在传热计算过程中，当温度发生变化