第四章传热及传熟设备 41概述 42热传导 43对流传热 44流体无相变时的对流传热 45流体有相变时的对流传热 46辐射传热 47总传热速率和传热过程的计算 1/28
1/28 第四章 传热及传热设备 4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热 4.4 流体无相变时的对流传热 4.5 流体有相变时的对流传热 4.6 辐射传热 4.7 总传热速率和传热过程的计算
§433对流传热系数及其影响因素 影响对流传热系数的主要因素 流体的状态:固、液、气状态及是否有相变。有相变时对流传热系数 比无相变化时大的多; 2、流体的物理性质:导热系数、粘度、密度p、比热cn等; 、流体的温度:温度影响导热系数λ、传热推动力Δt,同时附加自然 对流; 流体的流动状态:层流或湍流 5、流体对流的原因:自然对流,强制对流 6、传热表面的形状、位置及大小:如管、板、管束、排列方式、垂直或 水平放置等。 2/28
2/28 1、流体的状态：固、液、气状态及是否有相变。有相变时对流传热系数 比无相变化时大的多； 2、流体的物理性质：导热系数λ、粘度μ、密度ρ 、比热cp等； 3 、流体的温度：温度影响导热系数λ、 传热推动力Δt，同时附加自然 对流； 4、流体的流动状态：层流或湍流； 5、流体对流的原因：自然对流，强制对流； 6、传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、排列方式、垂直或 水平放置等。 影响对流传热系数的主要因素 §4.3.3 对流传热系数及其影响因素
自然对流传热 设加热面附近的液体(密度为p’)温度和远离加热面 处的液体(密度为p)温度差为Δt液体的体积膨胀系数为β。 则有: 1+B·△t p=pgL-p'gL gLB·△t 1+B·△ pgLB.△t 液体环流速度l≈√gLB△M 强制对流由于外力的作用,对流表由传热系数要比 自然对流表面传热系数大几倍至几十倍 3/28
3/28 自然对流传热 设加热面附近的液体（密度为）温度和远离加热面 处的液体(密度为）温度差为t,液体的体积膨胀系数为。 则有： + t = 1 ' gL t t gL t p gL gL + = = − 1 ' gL t p u 液体环流速度 强制对流由于外力的作用，对流表面传热系数要比 自然对流表面传热系数大几倍至几十倍
§4.34实验方法确定对流传热系数h 1、h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h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*: 用量纲分析法结合实验,建立无量纲准数之间的经 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。 4/28
4/28 1、h的获得主要有三种方法： §4.3.4 实验方法确定对流传热系数h （1）理论分析法： 用量纲分析法结合实验，建立无量纲准数之间的经 验关系式。 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。 建立理论方程式，用数学分析的方法求出h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* ： （3）类比方法：
2、给热系数h的影响因素及量纲为1的特征数 1)液体的物理性质:μ、p、λ 2)固体表面的特征尺寸:1 3)强制对流的速度:v 4)自然对流的特征速度:gBAt 5/28
5/28 2、给热系数h的影响因素及量纲为1的特征数 1）液体的物理性质：、、、 cp 2）固体表面的特征尺寸：l 3）强制对流的速度：u 4）自然对流的特征速度：gt
即h=f(1Cpu9B10 基本量纲:长度/,时间θ,质量m,温度T π定理 量纲为的特征数的个数=变量数8-基本量纲数4=4个 无因次化后,可得: Nu=f(Re, Pr, Gr) 也即Nu= ARe"pr"Grk 6/28
6/28 定理: 量纲为1的特征数的个数 = 变量数8−基本量纲数4 = 4个 即h = f (,,,cp , l,u,gt) 无因次化后，可得： 基本量纲：长度l，时间 θ ，质量m，温度T m n k Nu = ARe Pr Gr Nu = f (Re,Pr,Gr) 也即
各量纲为1的特征数的物理意义 hl Z 努塞尔数,表示导热热阻与对流热阻之比 P 元a 普朗特数,反映物性的影响。 一般,气体的Pr1 Re oul B△gFp2 Gr 格拉晓夫数Gr是雷诺数的一种 变形,表征自然对流时的“雷诺数 对于强制对流自然对流的影响可忽略故M=(Re,Pr) 7/28
7/28 各量纲为1的特征数的物理意义 hl Nu = a c p Pr = = = = 2 3 2 Re tgl Gr ul ------格拉晓夫数Gr是雷诺数的一种 变形，表征自然对流时的“雷诺数 ” -----努塞尔数，表示导热热阻与对流热阻之比 ----- 普 朗 特 数 ， 反 映 物 性 的 影 响 。 一般，气体的Pr1 对于强制对流,自然对流的影响可忽略,故 Nu =(Re，Pr)
3、实验安排及结果整理 以强制湍流为例: 设Nu= ARemprn 1)用不同Pr的流体,固定Re IgNu=nlgPr-+lg CRem 在坐标系得一直线, 斜率为n 2)不同Pr的流体,在不同的Re下 IgNu/Prn=mlgRe +igA 在坐标系中得一直线, 斜率为m,截距为gA 8/28
8/28 3、实验安排及结果整理 以强制湍流为例： 设Nu＝ARemPrn 1)采用不同Pr的流体，固定Re lgNu＝nlgPr＋lgCRem 在坐标系得一直线， 斜率为n 2)不同Pr的流体，在不同的Re下 lgNu/Prn＝mlgRe＋lgA 在坐标系中得一直线， 斜率为m，截距为lgA
hl 可求得管内强制湍流时(P180)P=cn Nu=o023 Re,o Pr n=0.4被加热 Re n=03被冷却 适用范围:光滑管 低粘度(10 0.7<Pr<120 充分发展段,即d≥60,若|d<60, 可将算得的h乘以 0.7 进行修正 9/28
9/28 可求得管内强制湍流时（P180） = = = 被冷却 被加热 0.3 0.4 0.023Re Pr 0.8 n n Nu n 适用范围：光滑管 低粘度（104 0.7<Pr<120 充分发展段，即l/d60,若l/d<60， 可将算得的h乘以 hl Nu = c p Pr = ul Re = + 0.7 1 ( ) l d 进行修正
4、定性温度、定型尺寸、特征速度的确定 (1)定性温度 在给热过程中,流体的温度各处不同。以什 么温度为基准査取所需的物性数据? 选定性温度,应以简单、方便为准,所以 流体主体的平均温度便成为一个广为使用的定 性温度。 使用经验公式时,要注意实际测定和关联时 所选用的定性温度 主体平均温度 进干2出 2 膜温 十t主体 10/28
10/28 4、定性温度、定型尺寸、特征速度的确定 （1）定性温度 在给热过程中，流体的温度各处不同。以什 么温度为基准查取所需的物性数据？ 选定性温度，应以简单、方便为准，所以 流体主体的平均温度便成为一个广为使用的定 性温度。 使用经验公式时，要注意实际测定和关联时 所选用的定性温度 主体平均温度 2 t 进 t 出 t m + = 膜温 2 t 壁 t 主 体 t m + =