Chap3-3对流换热11解答.ppt

第三节 对流换热计算3.1 对流换热基本定律3.2 对流换热微分方程3.3 对流换热问题的数学描述3.4 自然对流换热3.5 强制对流换热 ;3.1 对流换热基本定律 对流换热的定义和性质 对流换热的特点 对流换热的基本计算式 对流换热系数(表面传热系数);1 对流换热的定义和性质;层流边界层——速度梯度较均匀地分布于全层。 湍流边界层——在紧贴壁面处，仍有一层极薄层保持层流状态，称为层流 底层。 速度梯度主要集中在层流底层。;热边界层;(1) 导热与热对流同时存在的热传递过程 (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 (3) 由于流体粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层;3 对流换热的基本计算式;4 表面传热系数（对流换热系数）;(1) 流动起因:Free convection or Forced convection;(3) 流体的热物理性质：;综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：;3.2 对流换热过程微分方程; h 取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度;3.3 对流换热问题的数学描述;（2）粘性流体的运动微分方程;;3） 相似原理及量纲分析;;（2）使用特征方程时应注意的问题：;定性温度应按该准则式规定的方式选取; 准则方程不能任意推广到得到该方程的实验参数的范围以外;（3） 常见准数的物理意义及表达式;Fo（Fourier傅立叶）准数： ——温度场、速度场随时间的变化关系 Pr（Prandtl普朗特）准数： ——分子动量扩散率与热扩散率之比； 速度场与温度场的关系 Pe（Peclet贝克利）准数 Nu（Nusselt努谢特）准数 ——边界层内温度梯度与平均温度梯度之比；对流换热强度与边界内温度分布的关系。;其它推导准数;(4)准数方程 以对流换热过程为例;热边界层;对流换热的基本计算式;对流换热问题的数学描述;（2）粘性流体的运动微分方程;;3.4 自然对流换热;1 竖板 2 水平管 3 水平板 4 竖直夹板;3.4.1 无限空间中的自然对流换热; 2） 自然对流换热准则方程式为;工程中广泛使用的是下面的关联式：;例：有一根水平放置的高压水蒸气管道，绝热层外径d为583mm，外壁温度tw=48℃,周围空气温度tf=23℃。试计算每米蒸汽管道上通过自然对流的散热量。;另外有： ;查表得： ;3.4.2 有限空间的自然对流换热;（1） 竖夹层;（2）水平夹层;3.5 流体强制对流时的对流换热;（2）入口段的热边界层薄，表面传热系数高。;表面传热系数随边界层发展的变化情况;层流速度进口段长度为:;（3）热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种 紊流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。;（4）特征速度及定性温度的确定 特征速度：计算Re数时用到的流速，一般多取截面平均流速。 定性温度：计算物性的定性温度多为截面上流体的平均温度（或进出口截面平均温度）。;3.5.1.2. 管内强制对流换热 (1) 紊流换热__Dittus－Boelter公式： 加热流体时 ， 冷却流体时 。 式中: 定性温度采用流体平均温度 ，特征长度为管内径。; 公式适用范围： ; Dittus－Boelter修正公式;（2）层流换热 __ Sieder－Tate公式： ;（3）过渡流区换热__ 格尼林斯基公式：;对液体;3.5.2 外部流动强制对流换热;准则关系式：; 边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。 右图为横掠圆管局部换热系数的变化;横掠管束换热;叉排和顺排排列方式:; 后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面传热系数的影响直到10排以上的管子才能消失。 这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用管束排数的因素作为修正系数。;准则关系式为:;k;k;知识点复习 传热学 §3 对流换热;知识点复习 传热学 §3 对流换热;液体受热和冷却时温度变化情况;知识点复习 传热学 §3 对流换热;知识点复习 传热学 §3 对流换热;对液体;3.5.2 外部流动强制对流换热;横掠管束;有相变对流换热;习 题 二; 已知：锅炉炉墙由三层平壁组成，内层是厚度δ1=0.23m,k1=1.20w/m.k的耐火砖，外层是厚度δ2=0.24m,k2=0.60 w/m.k的红砖, 中间填以δ3=0.05m, k3=0.095 w/m.k的石棉保温层。炉墙内侧烟气温度为511 ℃,烟气侧h1=35w/m2