浙江大学化工原理过程工程与控制乙

1、第四章第四章 热量传递根底热量传递根底Chapter 4 Fundamentals of heat transfern4.3 4.3 对流传热对流传热(heat transfer by(heat transfer by convection)convection)n4.3.1 4.3.1 理论分析法求理论分析法求(theoretical method)(theoretical method)n4.3.2 4.3.2 实验方法求实验方法求(experimental method)(experimental method)n4.3.3 4.3.3 类比法求类比法求(analogical method)(analogical method)n对流传热系数小结对流传热系数小结(summary of convection heat-(summary of convection heat-transfer coefficient)transfer coefficient)n 的数量级的数量级(Scale of(Scale of )2021-2-8精选ppt4.3 4.3 对流传热对流传热什么是对流

2、传热？什么是对流传热？流动的流体与外界的传热静止流体与外界的传热强制对流自然对流对流传热系数，W/m2Kheat transfer by convectionheat transfer by convectionforcedconvectionNaturalconvection2021-2-8精选ppt2021-2-8精选ppt的获得主要有三种方法：1理论分析法：建立理论方程式，用数学分析的方法求出的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等。2实验方法：用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。3类比方法：把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程。2021-2-8精选ppt连续性方程和N-S方程，得到速度场壁面处的速度梯度壁面力4.3.1理论分析法求理论分析法求 theoretical methodtheoretical method2021-2-8精选ppt的理论求解过程为：边界层是对流传热的边界层是对流传热的主要热阻所在。主要热阻所在。2021-2-8精选ppt影响的因素主要有：1.引起流动的原因：自然对流和强制对流

3、2.流动型态：层流或湍流3.流体的性质：、cp、等4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、管内与管外等5.有相变与无相变：汽化潜热r4.3.2 实验方法求实验方法求(experimental method)(experimental method)2021-2-8精选ppt-格垃霍夫准数Gr是雷诺数的一种变形，表征自然对流时的“雷诺数无因次数群：-努塞特准数，表示导热热阻与对流热阻之比2021-2-8精选ppt故2021-2-8精选ppt对流传热系数经验式对流传热系数经验式:1、管内层流时、管内层流时 使用范围为：使用范围为：管管 子子 的的 进进 口口 段段，恒恒 壁壁 温温、Re2300、0.48Pr16700，Gr25000，需考虑自然对流对传热的影响，乘上一个大于1的校正系数：Withoutphasechange2021-2-8精选ppt思考：与u、d有何比例关系？2021-2-8精选ppt1对于短管，L/d60乘上一个大于1的校正系数：2当壁面与流体主体温差较大时，需引入一个校正项：3非圆形管的强制湍流：上式仍可使用，但需将d换成de4弯管内：乘上一个大于1的

4、校正系数：Why？因为：管内未充分发展，层流底层较薄，热阻较小。2021-2-8精选ppt例例4.24.2 在内径为50mm、长3m的圆形直管内，5的水以50kg/h的流量流过，管内壁的温度为90，水的出口温度为35。试计算水与管内壁之间的对流传热系数。2021-2-8精选ppt2021-2-8精选ppt3流体在管壳间的对流传热Why？IIIIII3.3.管外的强制对流传管外的强制对流传1 1流体横向流过单管传热流体横向流过单管传热2 2流体横向流经管束管簇的传热流体横向流经管束管簇的传热 2021-2-8精选pptC、n为经验常数特征长度L对于竖板或竖管取其垂直高度，水平管取其外径d；Dt为壁面温度与流体主体温度之差；定性温度取壁面与流体平均温度的算术平均值。常见大空间自然对流时的C和n值传热表面的形状和位置GrPrCn特征长度L竖直平板和圆柱10410910910130.590.101/41/3高度L水平圆柱10410910910110.530.131/41/3外径d水平板热面朝上或水平板冷面朝下21048106810610110.540.151/41/3矩形取两边的平均值；圆盘取

5、0.9d；狭长条取短边水平板热面朝下或水平板冷面朝上10510110.581/5Naturalconvection2021-2-8精选ppt2021-2-8精选ppt2021-2-8精选ppt竖直壁面：层流：湍流：水平圆管外：层流：层流膜状冷凝的传热系数要比理论计算结果大20%关键：热量衡算！2021-2-8精选ppt水平管束：膜状冷凝传热的强化膜状冷凝传热的强化-减薄冷凝液液膜厚度减薄冷凝液液膜厚度选择正确的蒸汽流动方向；选择正确的蒸汽流动方向；在传热面上垂直方向上刻槽或安装假设干条金属丝等。在传热面上垂直方向上刻槽或安装假设干条金属丝等。2021-2-8精选ppt4.3.2 实验方法求实验方法求 产生沸腾现象的必要条件：产生沸腾现象的必要条件：液体过热、有汽化核心沸腾曲线2、大容积沸腾传热2021-2-8精选ppt罗森诺提出以下实验关联式用于计算沸腾热流通量q或壁面上沸腾温差Dt式中 为沸腾温差，；q为热流通量，W/m2；cpl为饱和液体的定压比热，J/kgK；Prl为饱和液体的普朗特数；rl、rv分别为饱和液体和饱和气体的密度，kg/m3；r为饱和温度下的汽化潜热，J/kg；s为液体-蒸汽界面上的外表张力，N/m；n为液相普朗特数的指数；Cwl为取决于加热外表与液体组合情况的经验常数 2021-2-8精选ppt4.3.3 类比法求类比法求 analogical methodanalogical method2021-2-8精选ppt二几种类比关系二几种类比关系 1雷诺类比：雷诺类比：史坦登准数史坦登准数 2柯尔本类比：柯尔本类比：传热传热j-因子因子 2021-2-8精选ppt对流传热系数小结对流传热系数小结summary of convection heat-transfer coefficientsummary of convection heat-transfer coefficientForcedconvectionintubesOutsidetubesCondensationofvapoursBoilingliquids2021-2-8精选ppt 的量级的量级Scale of Scale of 2021-2-8精选ppt

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