[工学]43 对流传热07.ppt

4.3.3 保温层的临界直径 * * 4.3 对流传热 4.3.1 对流传热速率方程和对流传热系数 4.3.2 对流传热机理简介 4.3.3保温层的临界直径 4.3.4 对流传热系数 对流传热 dS t2 m1，T1 m2，t1 T2 流体被冷却： 式中 dQ ── 局部对流传热速率，W； ? ── 局部对流传热系数，W/(m2·℃)； Tw ── 壁温，℃； T ── 流体平均温度，℃； dS ──局部传热面积，m2。 1.对流传热速率方程 4.3.1 对流传热速率方程和对流传热系数 式中 Q ── 对流传热速率，W； ? ── 平均对流传热系数，W/(m2·℃)； S ──总传热面积，m2。 ── 流体与壁面间温度差的平均值℃ ──对流传热热阻℃/W ---------管内侧和外侧表面积 ---------管内侧和外侧流体对流传热系数，W/(m2·℃) 2. 对流传热系数? 对流传热系数?的影响因素 dt S2 S1 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 温度梯度极小，对流方式 过渡区域 热传导和对流方式 4.3.2 对流传热机理简介 1.对流传热分析 2.热边界层 壁面附近温度梯度较大的薄流体层。 流动边界层的厚度δ大于热边界层的厚度δt。 热边界层的厚薄，影响层内的温度分布， 因而影响温度梯度。 当边界层内、外侧的温度差一定时， 热边界层愈薄，则 越大，因而α就愈大。反之则相反。 根据对流传热速率方程和傅立叶定律表达式， 可得： 式（4-27）是理论上分析计算对流传热系数的基础， 从中可见，壁面附近的温度梯度愈大，对流传热系数 ?越大。 1.定义： 对应热量损失最大的保温层直径， 图中以dc表示。 设保温层内表面温度为t1、外表面温度为t2、 环境温度为tf，t1 t2 tf， 式中：R1—保温层的导热热阻 R2 —保温层外壁和空气的对流传热热阻； 从式中可以看出， ro↑ R1↑ R2↓; ro↓ R1↓ R2 ↑; 2.保温层临界直径的计算 将上式对 ro 求导数并令其为零，解得： rc=ro=?/? 或 dc=2?/? 式中dc为保温层的临界直径， 只有在do dc= 2?/?下， 增加保温层得厚度才会使热损失减少。 (1)引起流动的原因 自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。 强制对流：由于外力和压差而引起的流动。 ?强 ?自 (2)流体的特性 ?，?，?，cp 1. 影响对流传热系数?的因素 4.3.4 对流传热系数 (3)流体的温度 (5) 是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾 ?相变 ?无相变 (6) 传热面的形状，大小和位置 形状：如管、板、管束等； 大小：如管径和管长等； 位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。 (4) 流体的流动形态 层流、湍流 ?湍 ?层 因次分析 式中 l——特性尺寸； u——特征流速。 基本因次：长度L，时间T，质量M，温度? 变量总数：8个 由?定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。 ?＝f(u，l，?，?，cp，?，g??t) 2. 对流传热系数的量纲分析 Nusselt待定准数 Reynolds，流动型态对对流传热的影响 Prandtl，流体物性对对流传热的影响 Grashof，自然对流对对流传热的影响 定性温度的取法： 3. 定性温度、特性尺寸的确定 (1)定性温度: 确定物性参数数值的温度 (2) 特性尺寸 取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。 ◆ 在圆管内强制对流传热时特征尺寸取管内径 ◆ 对非圆形管通常取当量直径 套管环隙 (1) 流体在管内的强制对流 适用范围： Re10000，0.7Pr160， ?2mPa.s，l/d60 1) 圆形直管内作强制湍流 3. 流体无相变时对流传热系数的经验关联式 ◆ 特征尺寸为管内径di ◆ 流体被加热时，n＝0.4；被冷却时，n＝0.3。 ◆ 定性温度取 强化措施： u?,??u0.8? ? ? d?, ??1/d0.2 ? ? ? 流体物性的影响，选?大的流体? ? ? 高粘度液