第四章 传热过程及换热器.ppt

对流传热方程式------牛顿冷却定律 根据以上对对流传热机理的分析，可将复杂的对流传热过程用较为成熟的导热原理来处理。据傅立叶定律，当高温流体与固体壁面对流传热时，可得： 由于传热边界层厚度难以确定。工程上令： h=λ/δt Q=hA(T-t) =hA△t A------传热面积；m2T------热流体主体温度，K；t------冷流体主体温度，K；h------表面传热系数，W/（m2·K); △t ------冷热流体温差; 2、对流传热系数的影响因素及其求取 传热系数 ????在对流传热机理的分析中，把对流传热看作是通过热边界层的导热，而热边界层一般情况下是很薄的。它象一层很薄的膜 一样附在传热壁上，故传热分系数又称为传热膜系数。传热分系数的物理意义，可由牛顿冷却定律得到： h 传热系数h表示当流体与壁面间的温度差为1K时，单位时间通过单位传热面积所能传递的热量。显然，h越大，单位时间内传递的热量就越多，所以传热系数反映对流传热的强度。 200～500 50～1000 油的加热或冷却 400～1000 200～5000 水的加热或冷却 强制对流有较大值 3000～5000 1000～30000 水的沸腾 930～1210 汽油的冷凝 930～1240 C3～C4的冷凝 700～1600 苯蒸汽冷凝 卧式冷凝器 9300 氨的冷凝 10000 5000～15000 蒸汽的膜状冷凝 40000 40000～120000 蒸汽的滴状冷凝 备注 h常用值 h范围 传热情况 一些流体的h值W/（m2·K） 影响传热分系数的因素????实验证明，影响传热分系数的主要因素有：????（1） 流体的流动型态 流体的流动型态分为滞流和湍流，这两种型态的传热机理有本质的不同。滞流时传热过程以导热方式进行，传热强度低，传热分系数小，湍流时传热过程以对流方式进行，传热强度高，传热分系数大。在一定的流道内，流动时型态由Re数决定，Re数越大，流体的湍动程度越大，滞流底层越薄，传热边界层也越薄，传热分系数就越大。????对一定的流体和设备来说。Re数主要决定于流体的流速u。因此，若使Re数提高，必然会使流体的流速增加，流动阻力也会增加，消耗于流体的输送功率亦随之增加。为了防止功率消耗过大，通常要使热交换器里流体的Re数在50000以下。对于粘度很高的流体即使Re数在50000时，功率消耗也过大，只能采用较小的Re数。 （2）流体的对流情况 分自然对流和强制对流。自然对流是由于密度差而引起的流动，流速较低；而强制对流时，流体是在处力强制作用下流动，流速较大。因此，强制对流有较大的传热分系数。（3）流体的物理性质 流体的物理性质对对流传热过程也有影响。影响较大的物性参数有导热系数λ、比热cp、密度ρ、和粘度μ等。其中λ、cp、ρ值增大对传热有利，而μ值增大则对传热过程不利。这些物性参数又都是温度的函数，当流体和壁面间的温度差比较大时，同一截面上流体的温度分布就会发生明显变化，引起物性参数的变化，从而对传热过程产生影响。????流体在管内被加热时，管壁附近的流体层（传热边界层）的温度就会比管道中心处流体的温度高。对于液体，温度升高会使粘度下降，从而使流体的流速增加，滞流底层厚度减小，对传热过程有利。反之，若流体在管内被冷却，则会对传热过程不利。对气体来说，温度变化不仅影响到气体的粘度，还影响到气体的密度，情况更为复杂。 ?（4）传热面的形状、大小和位置 流体流过曲面或局部障碍地方，由于出现边界层分离，漩涡而使湍动更加激烈。这样，流体微团的漩涡运动能更深地渗入到邻近壁面的地方，使滞流底层厚度减薄。因此，传热壁面的形状、大小和位置对传热过程都有影响。流体在管外横向流过管束时，从滞流向湍流过渡的临界Re数只在200左右，管子尺寸愈小，则边界层脱离愈早，边界层愈薄，因此，传热分系数越大。这个结论对于管内流动也相同。 被决定准数，包括有对流传热系数α的准数。反映对流传热的强弱程度 Nu=h·d/λ Nu努赛尔Nusselt 自然对流对对流传热系数的影响 Gr=L3ρ2βg△t/μ2 Gr格拉斯霍夫Grashof 流体的物理性质对对流传热的影响 Pr=μCp/λ Pr普兰德Prandtl 流体流动形态和湍动程度 Re=duρ/μ Re雷诺Reynolds 准数的物理涵义 准数的形式 准数 无因次准数符号及意义 式中各准数所含的物理量：h-----对流传热系数，w/m2K；u-----流速，m/s；ρ-----流体的密度，kg/m3；d-----传热壁面上有代表性的几何尺寸，可以是管内径，管外径或平板高度，m；λ-----导热数，w/m·k；μ-----流体