1、4.3 4.3 對流傳熱對流傳熱4.3.1 對流傳熱分析1流體主流：由于流體內漩渦叢生，流體各部分猛烈混合，所以傳熱熱阻很小，橫向徑向的溫度趨于一致；2層流底層：傳熱以導熱方式進展的，流體膜雖薄，卻是對流傳熱的主要熱阻所在，溫度降也主要集中在層流底層中。溫度分布為不斷線；3 過渡區：溫度分布為一曲線4.3.2 對流傳熱的分類無相變強迫對流流體在外力作用下強迫流動引起的傳熱 自然對流流體內部存在溫度差而產生內循環 有相變 蒸汽冷凝傳熱液體沸騰傳熱設a處密度為，b處的密度為t1a、b兩點的壓力差ttgLgLgLp1tgLttgLp1環流速度：2,2puuL g t 4.3.3 對流傳熱速率方程牛頓

2、冷卻定律tWTT流體溫度假設：1熱流體溫度T和固體壁面溫度TW之差全部集中在厚度t的有效膜層內；2穿過有效膜的傳熱方式僅為熱傳導。推動力傳熱系數傳熱熱阻傳熱推動力RtttdAdQdA11111111)(RtTTTTdAdQdAww2212222)(RtttttdAdQdAww21,/(.)tWm K令對流傳熱系數11()/wtdQdA TTRtttAQA1根據傅立葉定律，有：熱流體被冷卻，從熱流體主體向固體壁面的對流傳熱。冷流體被加熱，從固體壁面向冷流體主體的對流傳熱。上兩式稱為對流傳熱速率方程，也稱為牛頓冷卻定律上兩式稱為對流傳熱速率方程，也稱為牛頓冷卻定律常見流體流動類型常見流體流動類型的

3、大致范圍的大致范圍 傳熱類型傳熱類型/ W(m2K)-1傳熱類型傳熱類型/ W(m2K)-1空氣自然對流空氣強迫對流水自然對流水強迫對流有機液體強迫對流525303002001000100080005001500水蒸氣冷凝有機蒸汽冷凝水沸騰有機物沸騰5000150005003000150030000500150004.3.4 影響對流傳熱系數的要素影響對流傳熱系數的要素流體類型與物性：，C流體的流動形狀 ：湍流、層流 、過渡流傳熱面特性尺寸：外形如圓管、平板、管束、大小如管長l、管徑d等以及位置等對流流動的原因 ：強迫對流：流速u；自然對流：浮升力gt流體的相變化：蒸汽的冷凝，液體的沸騰等；

4、有相變的值比無相變時大很多 獲得的主要方法：獲得的主要方法：u實際分析法實際分析法u 解析求解、數值求解解析求解、數值求解u實驗法：實驗法：u 半實際半閱歷方法，是目前的主要方法。半實際半閱歷方法，是目前的主要方法。),(tgclufp),(223tlgculflp無相變時變量8個，根本因次4個，由定理無因次準數n=8-4=4個Re,urNfP當強制對流傳熱時：,urrNf G P當僅為自然對流傳熱時：無因次數群個數變量數基本因次數 定理：定理：根本因次有4個：長度m，時間s，質量kg，溫度K無相變時變量數有8個： lNu pc Pr 223Re tglGrul或或準數的物理意義留意：留意：a

5、. a. 運用范圍：各準數關聯式都有一定適用范圍實驗范圍，外推是不可靠的；運用范圍：各準數關聯式都有一定適用范圍實驗范圍，外推是不可靠的；b. b. 定性溫度：流體和傳熱面的溫度是沿程變化的，流體物性也是變化的；定性溫度：流體和傳熱面的溫度是沿程變化的，流體物性也是變化的； c. c. 特性尺寸：傳熱面幾何要素有時很復雜，選取起決議作用的幾何參數作特征尺寸。特性尺寸：傳熱面幾何要素有時很復雜，選取起決議作用的幾何參數作特征尺寸。 Re,Pr,uNfGr對流傳熱準數表示式：準數稱號符 號 意義 努塞爾準數(Nusselt number)表示對流傳熱系數的準數雷諾準數(Reynolds numbe

6、r)表示流體的流動形狀和湍動程度對對流傳熱的影響普蘭特準數(Prandtl number)表示流體物性對對流傳熱的影響格拉斯霍夫準數(Grashof number)表示自然對流對對流傳熱的影響lNu luRepCPr223tlgGr4.3.5 對流傳熱系數閱歷關聯式1、流體在管內強迫對流、流體在管內強迫對流0.80.023 enurNRPn 0.4-流體被加熱0.3-流體被冷卻npcdud8 . 0023. 0或討論：a適用范圍：Re104,0.7Pr160，低粘度；特性尺寸：管內徑d； 定性溫度：流體平均溫度，t=(t1+t2)/2,T=(T1+T2)/2；一、流體無相變時的對流傳熱系數Re

7、,urNfP強制對流：,urrNf G P自然對流：(1)、流體在圓形直管內強迫湍流b高粘度流體：14. 033. 08 . 0027. 0WrPdud95. 0,05. 114. 014. 0被冷卻被加熱WW(2)、流體在圓形直管內強迫過渡流f湍過51.86101Ref(3)、流體在圓形直管內強迫層流0.141/325000,1.86 Re)rurWdGNPl（1/325000,0.8 10.015rrGfG不能忽略自然對流傳熱,加校正因子:0.1:95.005.114.014.014.0WWW氣體液體被冷卻：液體被加熱：即：nCdudpf)()(023. 08 . 0當壁溫不好丈量時,取R

8、d77. 11潤濕周邊流體流動截面積4ednpecudd8 . 0023. 0實R圓形彎管的曲率半徑(4)、流體在圓形彎管內的流動(5)、流體在非圓形直彎管內的強迫對流2、管外強迫對流流體在管外垂直流過時的傳熱系數沿管外表的變化 工業上常見的是在換熱器內流體橫向流過管束的情況(1)直列 (2)正三角形錯列 (3)正方形錯列 2、流體在管束外強迫對流式中常數c、n與管束的陳列方式、管子所在位置有關。整個管束的平均傳熱系數為：式中：定性溫度為流體平均溫度；定性尺寸為管外徑；流速取垂直于流動方向最窄處的流速。1、流體在單管外強迫對流當Re=8103時 25. 0PrPr38. 05 . 0)(PrR

9、e5 . 0wNu 25. 0PrPr38. 06 . 0)(PrRe25. 0wNu 當Re1032105時 0.4RenurNcP112233123.AAAAAA3、換熱器殼程的傳熱 ( 殼層是圓筒狀，各排的管數不同。換熱器內裝有圓缺擋板，大部分是橫向流過管束，但在繞過析流檔板時，變卦了流向，不垂直于管束。 )14. 033. 055. 0)(PrRe36. 0wNu上式中，特性溫度除w取壁溫外，其他均取流體平均溫度。特性尺寸采用當量直徑de 。管子為正方形直列時：02042)(4ddted管子為三角形錯列時：02042234ddted流速u按最大流通截面A計算： 0(1)dAD lt常用

10、的列管換熱器，大多裝有折流擋板，各排的管數不同。3、自然對流的傳熱系數 (大型冷庫內冷卻蛇管)定性溫度取壁溫tW與流體平均溫度tm的平均值，稱為膜溫；定性尺寸根據情況決議。C和n可經過實驗測得。 ,nuNf Gr PrC Gr Pr二、 有相變時的對流傳熱1、蒸汽冷凝的對流傳熱1膜狀冷凝與滴狀冷凝Wtst蒸汽qx傳熱推進力：t=ts - tW工業上運用較多的是膜狀冷凝膜滴根據傅立葉定律：xdqtdAxx2蒸汽冷凝對流傳熱系數4/132725. 0tdgro水平4/13213.1tHgr層流4/132725. 0tndgro水平管束蒸汽在程度管外冷凝蒸汽在垂直管外冷凝4 . 03/1232Re0

11、077. 0g湍流3影響冷凝傳熱要素及強化傳熱方法 不凝性氣體的存在，使傳熱系數降低。在冷凝器上方應設有排氣口。 過熱蒸汽的冷凝：推進力仍為 t=ts-tW 冷凝潛熱spttcrr 蒸汽的流向及流速：影響液膜的厚度。蒸汽入口設在換熱器的上方 強化傳熱的根本方法：有效減小液膜的厚度、2、液體沸騰沸騰傳熱的推進力為：t=tw-ts兩種沸騰：管內沸騰和大容積沸騰1沸騰景象：沸騰的條件：過熱度t=tw-ts汽化中心氣泡易在凹縫中產生。產生的氣泡不斷生成、長大、脫離加熱面，使沸騰傳熱系數大大加大。核狀沸騰好，工業上采用。2影響沸騰傳熱的要素： 液體的性質：外表張力，cp 加熱外表的粗糙情況和外表物理性質 操作壓強和溫度差3 沸騰傳熱的計算tnmBtA式中：A和B經過實驗測定，不同外表與液體的組合其值不同； t=tw-ts tw 壁溫 ts 蒸汽的飽和溫度。4 沸騰傳熱過程的強化 液體物性： 和增大， 和減小，有利于沸騰傳熱； 參與少量的某種添加劑以改動沸騰液體的外表張力 ； 加熱面情況：外表粗糙，