化工原理对流传热讲义.ppt

第三节 对流传热 一、对流传热过程分析 二、对流传热速率方程 三、影响对流传热系数的因素 四、对流传热的特征数关联式 五、流体无相变时对流传热系数的经验关联式 化工传热综合实验 一、实验目的： 1.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究， 掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 3.学会并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。 4.由实验数据及关联式Nu=ARemPr0.4计算出Nu、Nu0，求出强化比Nu/Nu0，加深理解强化传热的基本理论和基本方式。 （3）圆形直管内的过渡流 【定义】当 2300Re10000时，为过渡流。 【方法】先按湍流计算?湍流，然后乘以校正系数： 【说明】过渡区内流体比剧烈的湍流区内的流体的Re小，流体流动的湍动程度减少，层流底层变厚，?减小。 （4）流体在弯管中的对流传热系数 【方法】先按直管计算，然后乘以校正系数 f： 式中 d ──管径； R ──弯管的曲率半径。 【说明】由于弯管处受离心力的作用，存在二次环流，湍动加剧，?增大。 二次环流 【定义】垂直于流动方向的流动称为二次环流； 【原因】流动的流体在弯曲处受到了离心力的作用； 【结果】加强了流体的扰动，带来换热的增强。 弯管处的二次环流 （5）非圆形直管内强制对流 【处理方法】采用圆形管相应的公式计算，特征尺寸采用当量直径。 如狄丢斯公式： 【说明】（1）方法比较简便，但计算结果的准确性欠佳； （2）采用经验公式和专用式更为准确。 对于套管的环隙，用空气和水做实验，可得如下经验公式： 式中 d1、d2——分别为套管外管内径和内管外径。适用范围：d1/d2=1.65～17，Re＝1.2×104～2.2×105 【非圆形直管内强制对流的经验公式】 （1）Gr25000时，自然对流影响小可忽略 【适用范围】Re2300， ，l/d60 【说明】 （1）定性温度、特征尺寸的取法与湍流相同； （2）?w按壁温确定。 2、圆形直管内的层流 （2）Gr25000时，自然对流的影响不能忽略时 可按前述方法处理，然后乘以校正系数 f： 【注意】在换热器设计中，应尽量避免在层流条件下进行传热，因为此时对流传热系数小，从而使总传热系数也很小。 【例】列管冷凝器中，用水冷却有机物蒸气，水以0.5m/s的速度在Ф25×2的管内流动，进水温度为20 ℃，出水温度为40 ℃。试求水对管壁的对流传热系数。 【解】在确定各物理量时，先确定定性温度。 一般情况下，用进出设备流体的温度的平均值（算术平均值），即： 查数据手册，30℃时水的物性数据为： Cp=4183J/(K.kg) ρ=996kg/m3 μ=8.01×10－4Pa.s λ=0.618W/(m.K) 已知 d=0.021m u=0.5m/s 求得： 表明对流传热在湍流条件下进行，并求得： 因为水在管内被加热，故n=0.4，采用狄丢斯（Dittus）公式： * * 第四章 传 热 一、对流传热过程分析 1、传热边界层 【现象】流体在平壁上流过时，如果流体和壁面间将进行换热，将引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度。 【定义】靠近壁面处，流体温度发生显著变化的区域，称为传热边界层或温度边界层。 传热边界层示意图 传热边界层——流体温度发生显著变化的区域。 法向 100℃ 20℃ 22℃ 2、对流传热过程流体流动的分析 湍流主体 湍流主体 （1）层流内（底）层的特点 层流内层内，由于流体质点只在流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点运动。其特点是： ①主要依靠热传导方式来进行热量传递； ②由于流体内部存在温差还会有少量的自然对流。 ③传热温差大。 ①远离壁面； ②流体质点充分混合，温度趋于一致（热阻小）； ③传热主要以对流方式进行。 （2）湍流核心（主体）的特点 ①存在质点混合、分子运动的共同作用，温度变化不像湍流主体那么平缓均匀，也不像层流底层变化明显。 ②传热以热传导和对流两种方式共同进行。 （3）过渡区的特点 1、什么是模型法 【定义】把复杂问题简单化、摒弃次要的条件，抓住主要的因素，对实际问题进行理想化处理，构建理想化的物理模型，获得某一过程的有关规律。具体方法为： （1）对过程进行合理的简化； （2）获得物理模型（构象）； （3）对物理模型进行数学描述，获得有关规律。 二、对流传热速率方程