1、一、教學課題：第四章 傳熱 第三節 對流傳熱二、教學目的：通過學習，使同學們掌握 1對流傳熱根本方程和對流傳熱系數機理； 掌握2、影響對流傳熱系數的因素掌握了解；3、掌握無相變時對流傳熱過程的量綱分析； 了解4、無相變時的對流傳熱系數見課件了解 5、流體有相變時的對流傳熱系數 了解6、對流傳熱小結三、課時：2h，第22次 第15周12.12日 星期四C25、C26 5、6節四、課型：新課五、教具：白板筆、多媒體、激光筆六、 教學重點：對流傳熱根本方程和對流傳熱系數機理、影響對流傳熱系數的因素、無相變時 對流傳熱過程的量綱分析、無相變時的對流傳熱系數、流體有相變時的對流傳熱系數教學難點：無相變時

2、對流傳熱過程的量綱分析、無相變時的對流傳熱系數、流體有 相變時的對流傳熱系數七、教學方法和手段：主要以講授為主，圖表教學為輔八、主要內容：同學們好！上節課我們學習了第一節概述與第二節熱傳導，我們來回憶下上次課我們學 習的內容有：1、平壁穩態熱傳導單層、多層2、圓筒壁穩態熱傳導單層、多層3、傳熱推動力，傳熱阻力的概念請同學們翻到教材133頁，我們這兩節課學習第三節 對流傳熱，課程較難，請同學 們認真學習，首先我們來看這一節主要有哪些內容：一、對流傳熱根本方程和對流傳熱系數機理1、機理2、壁面和流體間的對流傳熱速率二、影響對流傳熱系數的因素三、無相變時對流傳熱過程的量綱分析四、無相變時的對流傳熱系

3、數 見課件1、流體在管內作強制對流2、流體在管外作強制對流3、自然對流五、流體有相變時的對流傳熱系數六、對流傳熱小結一、對流傳熱根本方程和對流傳熱系數1、對流傳熱給熱：流體質點的移動和混和使熱量從流體中某一處傳到另一處。2、對流傳熱方式：1. 自然對流溫度差 密度差 流體流動2. 強制對流機械作用 對流3、對流傳熱機理：流體在光滑管內作湍流流動，且Re 105時，滯流內層厚度估算式6175 d為管d Re 8內徑D1 熱流中心區;P 熱流體層流內層膜外緣；Wi 管內壁；W2 管外壁；P2 冷流體層流內層膜外緣；D 2 冷流體中心區。推動力 t因為穩定傳熱q推動力=二 常數，R那么t也 才能使q

4、=常數。阻力 R管內管外熱八'、流 體熱八、熱 八、 流 中 心 區8f冷流中心區傳熱方向冷流體a溫總結：1、間壁傳熱由給熱 -導熱-給熱 三個過程組成。2、同一管壁界面上的溫度以折線表示，且逐步下降，其層流內層熱阻最大，因而 溫降也最大。3、給熱是由層流內層的導熱和層流內層外的流體質點作相對位移和混合傳熱的統 稱。4、 為簡化處理，給熱作為通過厚度的傳熱邊界層的導熱處理。b -真實的層流內層的厚度，f 與層流內層外的湍流區熱阻相當的虛擬層流內層的厚度。必須指出f是不存在的，為了處理問題而假設的5、傳熱邊界層中，層流內層熱阻遠比湍流區熱阻力大，故提高給熱速率，須從降 低層流內層厚度入手

5、。如增加湍動，管內加麻花鐵等。二、壁面和流體間的對流傳熱速率1牛頓冷卻定律流體被冷卻時dq- T aT Twds，令 a 流體被加熱時，ds adsdq aTw Tds既然，給熱作為通過傳熱邊界層的導熱處理，那么給熱速率方程可仿照導熱寫為上式。 式中dq 局部對流傳熱速率W;ds 微元傳熱面積m2;T換熱器的任一截面上熱流體的平均溫度oC;Tw -換熱器任一截面上和熱流體相接觸一側的壁面溫度 oC ；傳熱邊界層的導熱系數W m 1 oC 1;t 傳熱邊界厚度m;a 給熱系數對流傳熱系數賈亦oc；上式方程又稱為牛頓冷卻定律。2、的單位與物理意義因為a 也1當T Tw 1°C;a包T T

6、wdsds2當T Tw 1oC；ds 1m2；a dq ;單位面積的對流傳熱速率熱通量。因為傳熱是由給熱I、導熱、給熱II組成的，而傳熱是穩定的，以上三個過程均是 穩定的。而給熱又是由湍流主體與層流內層的外緣真正的對流傳熱與層流內層的導熱組 成的。在層流內層中，熱傳導dqwds 1dy式中一流體的導熱系數W. moC；y與壁面垂直方向的距離m;生w 壁面附近流體層滯流內層內的溫度梯度oC/m。dy而對流傳熱dq aT Twds(2)吏1、2聯立消去dq、ds、a一-一 3此即為a的第二種定義表達式T Tw該式是在理論上分析和計算a的根底，當T Tw 一定，dy愈小a愈大，提高傳熱 速率須從減薄

7、層流內層厚度入手。二、影響對流傳熱系數的因素1、流體種類與相變情況：本節只討論牛頓型流體。 2、流體種類性質： 對a影響較大的流體物性有Cp、3、 流體種類的流動狀態：Re , b層內內層厚度，a 。4、 流體流動的原因：類型一強制對流原因：泵、攪拌器迫使流體流動。*自然對流原因：溫差引起密度差，使流體流動。應以重力，W gV當流體中受熱不均勻，如t2 那么，2當V=1m3,W g愈重密度愈大，即壓強愈大；愈輕密度愈小壓強愈小，壓強不同產生升力。溫差引起密度差，那么每單位體積流體所產生的升力2g 兩重力之差為升力假設流體體積膨脹系數為Vt VoVot近似為V2V1V1 (t2 t1 )V2 V

8、1 1 t2t1 流體膨脹前后質量不變同除m那么1(1 t)1 2 (1t代入升力式解得f ( 12)g 2( 1+ t)2g5、傳熱面形狀、位置和大小。三、無相變時對流傳熱過程的量綱分析1、量綱分析過程 優點：減少實驗次數 依據：物理方程各項量綱一致 步驟：a通過理論分析和實驗觀察，確定相關因素b構造函數形式無相變：fu,l, , , ,cp, g t,b c d e fhc 列出量綱指數的線性方程組ML、T、d規定量指數，確定余下指數表達式e整理特征數方程形式A(j|32Nu 1無相特征數傳物理意義fRePr,Gr努賽爾特數l :特征尺寸，平板一一 流動方向的板長 管管徑或當量直徑反映對流

9、傳熱的強弱，包含對流傳熱系數雷諾數Re lu反映流動狀態對a的影響普蘭特數Pr CP注意:*查取定性溫度下的物性*計算所用單位，SI制反映流體物性對傳熱的影響Gr 格拉斯霍夫數浮升力特征數 g t:單位體積流體浮力變化:體積膨脹系數，1/C反映自然對流的強弱程度四、無相變時的對流傳熱系數 見課件1、流體在管內作強制對流2、流體在管外作強制對流3、自然對流五、流體有相變時的對流傳熱系數先提問再補充：在教材上找到以下問題的答案A、冷凝的兩種方式？哪一種的熱阻要小一些？工業上多數是什么冷凝方式?B、不凝氣體對冷凝傳熱有什么影響？C、工業上一般不采用過熱蒸汽作為加熱的熱源，為什么？D沸騰傳熱曲線的3個

10、組成局部？通常應控制在什么區域操作？1. 蒸汽冷凝滴狀冷凝蒸汽冷凝方式2.液體的沸騰：蒸氣冷凝方式膜狀冷凝(潤濕) 滴狀冷凝以常壓水在大容器中沸騰傳熱為例，沸騰情況隨溫差t(tw ts)而變mC臨界點( q,1E量通熱i DBiiiAiL0Att 5oCAB自然對流t 5°25°C BC泡核沸騰t 25oC CDE 膜狀沸騰控制在泡核沸騰下操作，因此確定臨界點有實際意義六、對流傳熱小結1、有相變無相變對流傳熱復雜2、半經驗半理論的工程研究方法引入§ t =熱傳導 Q A t A t 如何求at量綱分析法應用范圍較廣注意：疋性溫度，特征尺寸， 適用范圍純經驗公式1、根據處理對象的具體特點，選擇適當的公式，是強制對流還是自然對流，是層流 還是湍流，是蒸汽冷凝還是液體沸騰，2、要注意所選公式的應用范圍、特征尺寸的選擇和定性溫度確實定以及在必要時進行修正的方法；3、應注意不同情況下哪些物理量對 a值有影響。它們的影響大小可以通過其指數的 大小來判斷，從中可分析強化對流傳熱的可能措施。4、正確使用各物理量的單位；5、重視數量級的概念，有助于對計算結果正確性的判斷和