化工原理课件教学课件作者十一五杨祖荣对流传热课件.ppt

3.3 对流传热 3.3.1 对流传热过程分析 1．流动对传热的贡献 ——热流体(t)—冷壁面(tw) （1）静止流体 平壁面 （2）层流流体 壁面 Q流动Q静止 流体?壁面，t梯度? （3）湍流 —三个串联的传热过程 质点脉动? 层流底层，流体 壁面 t梯度很大 湍流中心 过渡区 t梯度较大 过渡区 说明 设法减小其厚度 层流底层 对流? t梯度很小 主体t趋一致， ?层流底层只导热 ——对流传热的主要阻力， 热流通过机理不同 ?间壁两侧流体的温度分布 2．对流传热速率 —牛顿冷却定律 流体被加热 流体被冷却 ?—对流传热系数，W/㎡·K； tw—壁温；t—流体温度 说明 ?t—流体(沿传热方向)平均温度 ?应针对一微无段 ?只是推论，认为 Q?(tw-t) ? ? 对流传热——复杂的物理过程。 影响因素?? ?形式简单 ?—实验测定 3.3.2 ?的实验研究方法 1．找出影响过程的主要因素 —外力作用?流体流动 强制对流 （1）引起流动的原因 自然对流 —流体内温差 ?流体内部运动(环流) 加热面竖直放置 加热面水平放置 强弱~壁面放置方式 ?密度差 ? 升浮力 （2）流体的流动型态和湍动程度 层流时，对流传热?导热 湍流时，对流传热=（很薄的）导热+对流 （3）流体的物性 ~种类 T，P 密度、粘度、导热系数、比热 （4）传热面的形状、大小和位置 （5）是否发生相变 ?相差大 湍动程度? ??? ??? 2．因次分析 以流体无相变化为例 u—特征流速； ?g?t—自然对流推动力 数群数=变量数-基本因次数 =8-4=4 l—流道特征尺寸 —Nusselt 准数—待定准数 物理意义： —流动使传热系数增大的倍数 —流动型态与湍动程度 —Prandtl 准数 —Grashof 准数 —Reynolds 准数 —流体物理性质 —温差引起的自然对流 用幂函数逼近原函数 3. 实验安排与结果整理 —以强制对流为例 （1）k的求法： 用不同的流体， 测Nu， 得Nu~Pr 固定Re 作图?k 因为 （2）a和c的确定 固定流体， 在不同的Re下 测Nu， 得一组(Re, Nu/Prk) 因为 作图，直线斜率为a， 取点?C 4. 特征物理量的确定 （1）定性温度— ?流体物性 流体在换热器中的代表性t， ②膜温： —对流动与传热有主要影响的某一尺寸。 ①流体进、出口t的平均值 流体进、出口t的均值与壁温均值的均值 （2）特征尺寸： 代表换热面几何特征 (3) 特征流速： Re←u 说明 ①特征物理量的取法不同， ?关联式不同 ? C, a, k不同 —使用时需按规定取特征物理量 ②实验范围—关联式的使用范围 ③计算准数时，各物理量的单位统一 3.3.3无相变时圆形管内强制对流? 1．湍流 适用条件 注意事项 ①被加热，k取0.4； ②特征尺寸—d内 ③定性温度——0.5(t1+t2) ④特征流速——u 低粘度流体 ?对短管的处理 被冷却时，k取0.3 ?对高粘度液体 2．过渡区 层流底层较厚，?较小。 先按Re10000计算， 其它条件和注意=Re10000时 再校正 3．层流 (1)自然对流的影响可以忽略时 (Gr25000) 适用条件 特征量取法=湍流时 4．弯管 先按直管计算， (2)自然对流不能忽略时 再校正 5．非圆形管 当量直径de， 按圆管计算。 Gr25000 Gr25000 u?实际流通截面积 专用公式 例题2 空气以4m/s的流速通过一?75.5×3.75的钢管，管长20米，空气入口温度32℃，出口温度为68℃，（1）试计算空气与管壁间的对流传热系数?。（2）如空气流量增加一倍，忽略温度变化对物性的影响，?变为多少。（3）若管径减小一半，则 ?变为多少 解： (1)定性温度 （32+68）/2=50℃ ?物性 (2)空气流量加倍 ?u加倍 物性不变 ? Re加倍 Pr不变 Re10000 ??u0.8 (3) qm或qV一定时 d一定时 …… 6. 列管式换热器管程的? (1)单管程 流体均布于各管 管程?=单管? (2) 多管程 列管被分为N组 各组间为串联关系 n—总管数 N—管程数 3.3.4 流体(在管外)流过管束时的? 1．流体垂直流过管束 换热管排列 —直列和错列 绕圆柱流 边界层分离 传热? C、?、n ?实验 讨论 ①对于前几列，各列的n和?不同， 各列?不同 ②排列方式不同，相同列n和?不同 ?不同 ③ 不同列?不同，按 求平均 使用范围与注意事项 2．流体在列管式换热器壳程中流动? (1)平行于管束流过 求de ?按圆形管求? (2)流过折流板 弓形折流板 计算式(P148) 注意特征u和尺寸的计算 3 (大