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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2024/9/17,上次课内容复习,5,、传热速率方程式：,6,、傅,立叶定律：,7,、单层平壁的稳定热传导速率方程：,8,、多层平壁的稳定热传导速率方程：,2024/9/17,上次课内容复习,9,、单层圆筒壁的稳定热传导速率方程：,10,、单位圆筒壁长度稳定热传导热流密度方程：,2024/9/17,2、多层圆筒壁的热传导,与多层平壁的稳定热传导计算类似，可导出：,单层圆筒壁导热速率公式：,多层圆筒壁导热速率公式：,2024/9/17,多层圆筒壁单位圆筒壁长度的热流密度公式：,2024/9/17,第四章 传热,一、对流传热的分析,二、壁面和流体的对流传热速率,三、对流传热系数的影响因素,四,、对流传热过程的,特,征数关系式,五、流体无相变时的对流传热系数,六、流体有相变时的对流传热系数,第三节 对流传热,2024/9/17,一、流体对流传热的分析,流体沿固体,壁面的流动,层流内层,过渡层,湍流主体,流体分层运动，相邻层间没有流体的宏观运动。,在垂直于流动方向上不存在热对流，该方向上的热传递仅为流体的热传导。,该层中,温度差较大，即温度梯度较大。,热对流和热传导作用大致相同，,在该层内温度发生较缓慢的变化。,温度梯度很小，,各处的温度基本相同。,2024/9/17,对流传热是集流体对流和热传导于一体的综合现象。,对流传热的热阻主要集中在层流内层。减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。,2024/9/17,二、壁面和流体间的对流传热方程,1、对流传热速率表达式,据传递过程速率的普遍关系，壁面和流体间的对流传热速率：,推动力：壁面和流体间的温度差,阻力：影响因素很多，但与壁面的表面积成反比。,根据有效膜模型，,对流传热速率方程,可以表示为：,牛顿冷却公式,2024/9/17,对流传热系数或称为膜系数，单位,W/(m,2,k),或,W/(m,2,),t,对流传热温差，对热流体,t=T-,T,w,，对冷流体,t=,t,w,-t,2、对流传热系数,对流传热系数,定义式：,表示,单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。,反映了,对流传热的快慢,，对流传热系数大，则传热快。,P129,例,4-5,2024/9/17,三、对流传热系数,的影响因素,1,、流体的物性,1）导热系数,层流内层的温度梯度一定时，,流体的热导率 ，对流传热系数,。,2）黏度,流体的黏度,，流动阻力越大，对流传热系数,。,3）比热容,C,P,和密度,（,C,P,单位,J/,kgK,）,c,p,：,单位体积流体所具有的热容量。,c,p,值 ，流体携带热量的能力愈强，,对流传热,。,2024/9/17,（4）体积膨胀系数,（单位,1/K,）,体积膨胀系数,值,，密度差愈大，,有利于自然对流，对强制对流也有一定的影响，对流传热系数,。,2,、流体流动的原因,强制对流：,自然对流：,由于外力的作用引起的对流。工业上常见。,由于流体内部存在温度差，使得各部分的流体密度不同，引起流体质点的位移。单位体积的流体所受的浮力为：,2024/9/17,3,、流体主体的流动状态,湍流的对流传热系数,层流的对流传热系数,。,4,、流体的种类和相变化的情况,液体的,气体的,对于同一液体，,rC,P,（,r,比汽化热，,J/kg,）,相变时的,无相变时的,5,、传热面的性状、大小和位置,传热面的位置：水平、垂直；形状：圆管、平板；,特征尺寸：对流体流动和传热有决定性影响的尺寸。,2024/9/17,四、对流传热的特征数关系式,1、无因次分析在流体无相变对流传热中的应用,列出影响该过程的物理量，并用一般函数关系表示：,确定,n,的数目：,根据,定理：,2024/9/17,2,、列出各物理量的量纲,各物理量的量纲,物理量,量纲,确定,m,的数目：,确定,N,的数目：,特征数之间的关系式：,（半经验式）,2024/9/17,各特征数的符号和意义,准数名称,符号,特征数,意义,努塞尔数,（,Nusselt,）,Nu,表示对流传热系数,雷诺数,（,Reynolds）,Re,表示流体的流动状态和湍动程度对传热的影响,普朗特数,（,Prandtl,）,Pr,表示流体各物性对传热的影响,格拉晓夫数,（,Grashof,）,Gr,表示自然对流对对流传热的影响,2024/9/17,3、应用特征数关联式应注意的问题,1,）应用范围：关联式中,Re,、,Pr,、,Nu,、,Gr,等特征数的数值范围以及常数,K,、指数,a,、,b,、,c,，一般根据实验确定，使用时不能超出该范围。,2）,特征尺寸：,Nu,、,Re,、,Gr,数中,l,应如何选定。,3,）定性温度：各特征数中的各物理参数按什么温度确定。,将关联式用各特征数的符号表示：,2024/9/17,五、流体无相变时的对流传热系数的经验关联式,（一）流体在管内作强制对流传热,1,、流体在圆形直管内作强制湍流时的,值,1),低黏度（,2mPa,s,）流体,当流体被,加热时,n,=0.4,，,流体被,冷却时，,n,=0.3,。,c,P,J/,kgK,2024/9/17,管长与管径比,应用范围：,特征尺寸：,Nu,、,Re,等准数中的,l,取为管内径,d,。,定性温度：,取为流体进、出口温度的算术平均值。,2),高黏度,（,2mPas,）,的液体,为考虑热流体方向的校正项。,2024/9/17,W,壁温下的液体黏度，单位,Pa,s,；,流体被加热时：取,=1.05,流体被冷却时，取,=0.95,应用范围：,特征尺寸：,l,取为管内径,d,。,定性温度：,除,w,取壁温以外，其余物性参数的定性温度均取液体进、出口温度的算术平均值。,2024/9/17,3),对于短管（,l/d,60,）,可采用前面的两个公式计算,值再乘以,管入口效应校正系数,：,4),对于弯管,可采用前面的两个公式计算,值再乘以,弯管效应校正系数,：,P133,例,4-6,2024/9/17,2,、 流体在圆形直管内作强制层流时的,值,当管径较小，流体与壁面间的温度差较小，流速比较低，,Gr,直列,。,直列,错列,2024/9/17,流体在管外垂直流过时的对流传热系数关联式：,C,、,、,n,由实验确定。,特征尺寸：,l,取管外径,d,定性温度：,流体进出口温度的算术平均值。,应用范围：,流速,u,取流动方向上最窄通道处的流速。,管束的平均对流传热系数计算公式：,2024/9/17,1,）流体,在错列管束外流过时,，平均对流传热系数,2,）流体,在直列管束外流过时,，平均对流传热系数,注意：,管束排数应为10，若不是10时，计算结果应校正。,2024/9/17,（三）大空间自然对流传热,定性温度,：,壁温,t,w,和流体进出口平均温度的算术平均值，,膜温,。,大空间自然对流：指传热壁面放置在很大的空间内，由于壁面温度与周围流体的温度不同，而引起的自然对流，并且周围没有阻碍自然对流的物体。,2024/9/17,六、流体有相变时的对流传热系数,（一）蒸气冷凝时的对流传热系数,1,、蒸气冷凝的方式,1),膜状冷凝：,若冷凝液能够浸润壁面，在壁面上形成一完整的液膜。,2),滴状冷凝：,若冷凝液体不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下。,2024/9/17,2,、,饱和蒸气膜状冷凝的传热系数,n,水平管束在垂直裂伤的管子数；,d,0,管外径；,t,饱和蒸气温度,t,s,与壁温,t,w,之差；,定性温度,：,壁温,t,w,和饱和蒸气温度,t,s,的算术平均值。,特征尺寸,：,l,取管外径,d,0,。,2024/9/17,液膜为层流时：,定性尺寸：,l,取垂直管或板的高度。,定性温度：,蒸汽冷凝潜热,r,取其饱和温度,t,s,下的值，其余物性取膜温（,t,s,与,t,w,的算术平均值,）。,应用范围：,滞流时，,Re,值增加，,减小；,2024/9/17,若膜层为湍流（,Re1800,）,时,湍流时，,Re,值增加，,增大；,饱和蒸气冷凝时,值的计算需采用试差法：,假设流型,计算,值,验算,Re,与流型范围比对,2024/9/17,Re,表达式,设冷凝液液膜的流动截面积为,S,，壁面湿润周边长度为,则,冷凝液的质量流量为：,蒸气冷凝时向避免传递的热量：,得：,2024/9/17,3,、影响冷凝传热的因素,1）,冷凝液膜两侧的温度差,t,当液膜呈滞流流动时，,若,t,加大,，则蒸汽冷凝速率增加，液膜厚度增厚，,冷凝传热系数降低。,2）,流体物性,液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数（,、,、,r,，,；,，,）。,3),蒸汽的流速和流向,蒸汽和液膜,同向流动，厚度减薄，使,增大；,蒸汽和液膜,逆向流动，,减小；,当,u10m/s,时，液膜被蒸汽吹离壁面，,当蒸汽流速增加，,急剧增大；,2024/9/17,4),蒸汽中不凝气体含量的影响,蒸汽中含有空气或其它不凝气体,，壁面可能为气体层所遮盖，增加了一层附加热阻，,使,急剧下降,。,5),冷凝壁面的影响,若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，液膜增厚，使传热系数下降。,例如,管束，,冷凝液面从上面各排流动下面各排，使液膜逐渐增厚，因此,下面管子的,要比上排的为低。,冷凝面的表面情况对,影响也很大，,若壁面粗糙不平或有氧化层，,使膜层加厚，增加膜层阻力，,下降。,2024/9/17,（二）液体沸腾时的对流传热系数,液体沸腾,大容器内沸腾,把加热面浸入大容器的液体中，液体被壁面加热,而引起无强制对流的沸腾现象。,管内沸腾,1,、沸腾曲线,当,温度差较小,时，液体内部产生,自然对流,，,较小，且随温度升高较慢。,当,t,逐渐升高,，在加热表面的局部位置产生气泡，该局部位置称为,气化核心,。气泡产生的速度,t,随上升而增加，,急剧增大。,称为,饱和沸腾或核状沸腾。,2024/9/17,q,A,B,C,D,A-B,：自然对流区,B-C,：核状沸腾区,C-D,：膜状沸腾区,C,点：临界点，又称烧毁点,工业操作：,t,t,c,2024/9/17,当,t,再增大，,加热面的气化核心数进一步增多，且气泡产生的速度大于它脱离表面的速度，气泡在脱离表面前连接起来，形成一层,不稳定的蒸汽膜。,当,t,在增大，,由于加热面具有很高温度，辐射的影响愈来愈显著，,又随之增大，这段称为,稳定的膜状沸腾,。,由核状沸腾向膜状沸腾过渡的转折点,C,称为临界点。,临界点所对应的温差、热通量、对流传热系数分别称为临界温差，临界热通量和临界对流传热系数。,工业生产中，一般应,维持在核状沸腾区域内操作,。,2024/9/17,2,、影响沸腾传热的因素,1),液体性质的影响,一般情况下，,随,、,的增加而加大，而随,和,增加而减小。,2）,温度差,t,的影响,核状沸腾区：,2024/9/17,3),操作压强的影响,提高沸腾压强，液体的饱和温度上升，,液体的表面张力和黏度均下降，有利于气泡的生成和脱离，强化了沸腾传热。,在相同,t,的下，传热系数,增加。,4,),加热表面的影响,新的或清洁的加热面，,较高。当壁面被油脂沾污后，气化核心减少，会使,急剧下降。,壁面愈粗糙，,气泡核心愈多，,有利于沸腾传热。,加热面的布置情况，对沸腾传热也有明显的影响。,核状沸腾区：,2024/9/17,七、选用对流传热系数关联式的注意事项,1,、针对要解决的传热问题类型，选择适当的关联式；,的计算公式,半经验式（量纲分析法）,经验式,2,、要注意关联式的使用条件；,3,、注意正确使用各物理量的单位；,4,、应学会分析各关联式中各物理量对,的影响,；,5,、强制对流时液体,空气,，水的,有机液体,，同一液体，有相变,无相变,。,精品课件,！,精品课件,！,2024/9/17,作 业,P182 4-4,、,4-6,
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