3.对流传热.ppt

4.3 对流传热 4.3.1 对流传热分析 〈1〉流体主体：由于漩涡丛生，流体各部分激烈混合，所以热阻很小，横向（径向）的温度趋于一致； 〈2〉层流底层：传热以导热方式进行的，流体膜虽薄，却是对流传热的主要热阻所在，温度降也主要集中在层流底层中。温度分布为一直线。 〈3〉过渡区：温度分布为一曲线 4.3.2 对流传热速率方程 流体 牛顿冷却定律 * 对流传热的分类 无相变 强制对流－流体在外力作用下强制流动引起的传热 自然对流－流体内部存在温度差而产生内循环 有相变 蒸汽冷凝传热 液体沸腾传热 设a点处密度为ρ，b点处的密度为ρ′ a、b两点的压力差 环流速度： * 4.3.3 影响对流传热系数的因素 物性：ρ，μ，λ，cｐ 传热面的特性尺寸：l 强制对流 ：u 自然对流：βg△t 流体的相变化 准数 努塞尔准数Nu=αl/λ 普兰特准数Pr=μCp/λ 格拉斯霍夫准数Gr=βg△t l3 ρ2/μ2 无相变时变量8个，基本因次4个，由π定理无因次准数n=8-4=4个 雷诺准数Re=ρul/μ 注意： a. 应用范围 b. 定性温度 c. 特性尺寸 * 4.3.4 对流传热系数经验关联式 （1）管内强制湍流 n 0.4----流体被加热 0.3----流体被冷却 讨论：① 特性尺寸：管内径d； 适用范围：Re104,0.7Pr120，低粘度 定性温度：取流体的平均温度，t=(t1+t2)/2,T=(T1+T2)/2 ② 修正： a.高粘度流体； A 无相变 * b.过渡状态下的对流传热系数(Re=2000~10000) c.弯管内的对流传热系数 d.流体在圆形直管内强制层流(Re2000) e.流体在非圆形直管内强制对流的对流传热系数 R—管子的弯曲半径 * （2）管外强制对流 工业上常见的是在换热器内流体横向流过管束的情况 式中:常数c、ε、n与管束的排列方式、管子所在位置有关。 式中： 定性温度为流体进、出口的平均温度，定性尺寸为管外径，流速取垂直于流动方向最窄处的流速。 常用的列管换热器，大多装有折流挡板，各排的管数不同。 由于各列的对流传热系数不同，整个管束的平均传热系数为： * （3）自然对流的传热系数 定性温度取壁温tW与流体进出口平均温度tm的平均值，定性尺寸根据不同情况决定。 * B 有相变时的对流传热 （1）蒸汽冷凝的对流传热 ①膜状冷凝与滴状冷凝 传热推动力：△t=ts-tW 工业上应用较多的是膜状冷凝 根据傅立叶定律： ②经验公式 Re＝4αlΔt/rμ 定性温度(膜温)：(ts+tw)/2 特性尺寸：水平单管do 垂直管高度l r为ts下的汽化潜热 * ③影响冷凝传热的因素及强化传热的思路 不凝性气体的存在，使传热系数降低。在冷凝器上方应设有排气口。 过热蒸汽的冷凝：推动力仍为 △t=ts-tW 冷凝潜热 蒸汽的流向及流速：影响液膜的厚度。蒸汽入口设在换热器的上方 强化冷凝传热的思路：设法减小液膜的厚度 * （2）液体沸腾 沸腾传热的推动力为：△t=tw-ts 两种沸腾：管内沸腾和大容积沸腾 ①沸腾现象： 沸腾的条件：过热度△t=tw-ts 汽化核心－气泡易在凹缝中产生 气泡的不断生成、长大、脱离加热面，使沸腾传热系数大大加大 a.核状沸腾好，工业采用 b.沸腾传热的影响因素： 液体的性质：表面张力σ，μ，λ，ρ，cp 加热表面的粗糙情况和表面物理性质 操作压强和温度差 * ③ 沸腾传热的计算 式中A和B通过实验测定，不同的表面与液体的组合其值不同 ④ 沸腾传热过程的强化 加热面状况 表面粗糙，可提供较多的汽化核心。 液体的物性 导热系数和密度增大，粘度和表面张力减小，都有利于沸腾传热。加入少量的某种添加剂以改变沸腾液体的表面张力。 温度差和压力 过热度tW-ts愈大，或过热度一定提高压力，有利于沸腾传热。 * 小 结 针对所要处理的传热问题，选择适当的关联式； 注意经验公式的使用范围、特性尺寸和定性温度； 分析传热过程的影响因数，提出强化传热的途径； ?值的大致范围： 传热类型 ? 空气的自然对流 5～25 空气强制对流 30～300 水强制对流 1000～8000 水蒸气冷凝 5000～15000 * * * 使用经验关联式时应注意：1·使用范围 2·特性尺寸l 3·定性温度：确定各物性参数的温度。 * * 使用经验关联式时应注意：1·使用范围 2·特性尺寸l 3·定性温度：确定各物性参数的温度。