工程热力学与传热学15) 对流换热.ppt

第十五章 对流换热 对流换热概念及公式 影响对流换热的因素 生活中对流换热现现象 15-1 对流换热概述 一、 对流换热的概念 换热器中管内（外）壁与流体间的对流换热 3、对流换热的特点 4、对流换热的分类 第二节 影响对流换热的因素 一、对流换热系数 5、 流体有无相变 常用相似准则 AABC AABC 自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。 某些方面研究比较详细，但由于数学上的困难；使得在工程上可应用的公式大多数还是经验公式（实验结果） 1、热对流：流体中温度不同的各部分间发生宏观的相对位移时所引起的热量传递现象。是三种基本传热方式之一。 2、对流换热：是指流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递现象。 ● 船舶对流换热实例： 1）各种换热设备管内（或管外）流体与管内壁间的换热; 2) 制冷、空调装置的换热。 ● 对流换热与热对流不同，对流换热是热对流导热综合作用的结果；不是基本传热方式 (1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 (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) 由于流体的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。 牛顿冷却公式： 二、对流换热公式 Q ——对流换热的热流量 A——换热面积 tw——固体壁面温度 tf——冷却流体温度 a——流体和壁面之间的对流换热系数 Ra——对流换热热阻 对流换热的热流量与温差成正比，与换热热阻成反比。 对流换热系数 固体壁面温度ｔＷ与流体温度ｔｆ之间温差绝对值； 热流密度，约定恒取正值； 对流换热系数,简称换热系数,单位为Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。 对流换热系数物理意义：流体与壁面温差为1K时，单位时间内单位面积上的对流换热量。 1、 流体的热物理性质： 导热系数 密度 比热容 动力粘度 导温系数 二、影响对流换热的因素 2.流体运动的动力因素 强制对流 自然对流 流体冷、热部分的密度差产生的浮升力引起，无整齐的宏观运动，温度差即浮升力的大小是决定因素。 外力迫使流体产生运动，有整齐的宏观运动，流速是决定换热系数的主要因素。 强制对流＞自然对流 无流体微团的横向脉动，法线方向为导热 层流 紊流 过渡状态 有流体微团的横向脉动 3. 流体运动的状态 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 温度梯度小，对流方式 过渡区域 热传导和对流方式 4.换热壁面的几何因素 换热壁面的形状、大小以及相对于流动方向的位置都会引起换热系数的变化。 单相换热： 相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等 （Single phase heat transfer） （Phase change） （Condensation） （Boiling） 有相变 无相变 壁温高于流体饱和温度，发生汽化沸腾现象 对流换热系数比有相变时小得多 对流换热系数是众多因素的函数 写成相似准则间的函数关系式： 浮升力与粘性力之比 自由运动状态对换热的影响 Gr 格拉晓夫数 动量扩散率与热量扩散率之比 Pr 普朗特数 惯性力与粘性力之比 反映流动状态对换热的影响 Re 雷诺数 壁面上流体的温度梯度 表征对流换热强弱的准则 Nu 努谢尔特数 意义 定义 符号 名称 AABC AABC * *