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返回 北京化工大学化工原理电子课件 4.3 对流传热 4.3.1 对流传热过程分析 4.3.2 对流传热速率 4.3.3 影响对流传热系数的因素 4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立 4.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式 4.3.6 有相变时对流传热系数的经验关联式 3.3.1 对流传热过程分析 dA t2 G1，T1 G2，t1 T2 dt A2 A1 tW t TW T 传热壁 冷流体 热流体 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 3.3.2 对流传热速率——牛顿冷却定律 流体被冷却： 式中 Q ── 对流传热速率，W； ? ── 对流传热系数，W/(m2·℃)； Tw ── 壁温，℃； T ── 流体平均温度，℃； A ──传热面积，m2。 式中 ?t──总有效膜厚度； ?e──湍流区虚拟膜厚度； ? ──层流底层膜厚度。 下面来推导牛顿冷却定律 建立膜模型： 流体被冷却： T TW t tW ?t 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： 4.3.3 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 4.3.4 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＝CReaPrk 1．采用不同Pr的流体，固定Re lgNu＝klgPr＋lgCRea 双对数坐标系得一直线，斜率为k 2．不同Pr的流体在不同的Re下 lgNu/Prk＝algRe＋lgC 双对数坐标系中得一直线 斜率为a，截距为C Pr Nu k Re Nu/Prk C a 定性温度的取法： 三、定性温度、特性尺寸的确定 2．特性尺寸 取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。 3．准数关联式的适用范围。 1．确定物性参数数值的温度称为定性温度。 一、流体在管内的强制对流 适用范围： Re10000，0.7Pr160，?2mPa.s，l/d60 4.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式 1．圆形直管内的湍流 特征尺寸为管内径di 流体被加热时，k＝0.4；被冷却时，k＝0.3。 注意事项： 定性温度取 强化措施： u?,??u0.8? ? ? d?, ??1/d0.2 ? ? ? 流体物性的影响，选?大的流体? ? ? 以下是对上面的公式进行修正： (1)高粘度 Re10000，0.7Pr160，l/d60 定性温度取tm；特征尺寸为di (2) l/d60 ?? ?? (3) 过渡流（2000Re10000) ? ? ? ? (4) 弯曲管内 ?? ?? (5) 非圆形管强制湍流 1) 当量直径法 2) 直接实验法 套管环隙 : 水-空气系统 适用范围： 12000Re220000；d2/d1=1.65~17 其中 d1为内管外径，d2为外管内径 用de代替di计算，u不同de,要用实际的流通面积计算 例题4.3.1 一列管式换热器，由38根?25×2.5mm的无缝钢管组成，苯在管内流动，由20℃加热到80 ℃，苯的流量为8.32kg/s，外壳中通入水蒸气进行加热，求： （1）管壁对苯的对流传热系数； （2）管子换为?19×2mm，管壁对苯的对流传热系数； （3）当苯的流量提高一倍，对流传热系数变化如何？ 已知：苯的物性 特点：1）物性特