2CLy7.C 湍流核心 2c->3 级冲层 二三三上:“博流内层 固体 da=a dA n dt C dq=-n dA b 牛顿冷却定律:对流传热系数是技术上的系数,不是物性值
( ) s b dq = dA t −t =0 = − y dy dt dq dA dy b dt t t s b y = − = − =0 牛顿冷却定律：对流传热系数是技术上的系数，不是物性值
牛顿冷却定律 Q=1△t CA ·Δt:流体温度与壁面温度之差 流体温度:主体温度、混合杯温度 α:对流传热系数(膜系数)热阻集中在层流内层 2-=nA4tb10-aAAt a=1b 影响因素 流体性质:导热系数、粘度、比热、密度、热膨胀 流动状态:流速 流传热过程描 界面情况:管径、光滑情况、形状、位置 计算方法 因次分析→>无因次准数 实验回归→系数 关联式 述 解析、类似率一《化工传递》
对 流 传 热 过 程 描 述 • 牛顿冷却定律 • t: 流体温度与壁面温度之差 – 流体温度：主体温度、混合杯温度 • ：对流传热系数（膜系数）热阻集中在层流内层 Q=At/b Q=At ＝/b – 影响因素 • 流体性质：导热系数、粘度、比热、密度、热膨胀 • 流动状态：流速 • 界面情况：管径、光滑情况、形状、位置 – 计算方法 • 因次分析→无因次准数 • 实验回归→系数 • 解析、类似率 － 《化工传递》 A t Q A t 1 = = 关联式 2
对流给热泉数的实验关集式 对流传热分类 有相变 冷凝传热 传热 沸腾传热 湍流 对流传热 圆形 无相变 自然对流 管外 过渡流 对流 直管 传热 强制对流 管内 非圆 滞流 管道 对流 对流传热中常用的准数 定义名称 意义 Nu=hulk 努塞尔准数待求准数,含待求的给热系数 Re=lup/u 雷诺准数 反映对流强度对传热的影响 Pr=cu/k 普兰特准数反映流体物性的影响 Gr=13gAt/μ2格拉斯霍夫准数反映自然对流的影响
对流给热系数的实验关系式 对流传热分类 定 义 名 称 意 义 Nu = hl / k 努塞尔准数 待求准数，含待求的给热系数 Re = lu / 雷诺准数 反映对流强度对传热的影响 Pr = cp / k 普兰特准数 反映流体物性的影响 Gr = l 3 2gt / 2 格拉斯霍夫准数 反映自然对流的影响 对流传热 有相变 传热 无相变 传热 冷凝传热 沸腾传热 自然对流 强制对流 管外 对流 管内 对流 圆形 直管 非圆 管道 弯管 湍流 过渡流 滞流 对流传热中常用的准数
·因次分析:依据因次一致性原则和π定理,对传 热过程的影响因素进行分析,得到: 强制对流:M=fRe,P 自然对流:N=FGr:P 特征准数: Pr=cn2:表征物理性质的影响 Nu=a/(1:湍动的影响 Gr=Fp1:温差引起的自然对流B=rm ·特征尺寸(定性尺寸):l 对流动或传热过程产生直接影响的尺寸,在关联式建立 时已经确定,如管径或当量直径 关联式的建立 定性温度:确定物理性质参数的温度,关联式建立时已 经确定 流体进出口平均温度 壁面平均温度 平均膜温(流体温度与壁面温度平均)
关 联 式 的 建 立 • 因次分析：依据因次一致性原则和定理，对传 热过程的影响因素进行分析，得到： – 强制对流： Nu=f(Re,Pr) – 自然对流： Nu=F(Gr,Pr) • 特征准数： – Pr = cp/ ：表征物理性质的影响 – Nu = / (/l) ：湍动的影响 – Gr =(l3 2gt) / 2：温差引起的自然对流 • 特征尺寸（定性尺寸）：l – 对流动或传热过程产生直接影响的尺寸，在关联式建立 时已经确定，如管径或当量直径 • 定性温度：确定物理性质参数的温度，关联式建立时已 经确定 – 流体进出口平均温度 – 壁面平均温度 – 平均膜温（流体温度与壁面温度平均） dt dV V 1 = 4
N=0.023Re0.8Pre 条件分析: Re>10000:充分湍流 Pr=0.6~160:常见流体可满足 l/D>60:充分发展的流动,忽略进口端效应 定性温度:流体平均温度 特征尺寸:管道直径 加热与冷却不同 流体被加热→丶层流内层温度高→丶层流内层厚度变化大→α较大≯e=0.4 圆管内强制湍流8 流体被冷却→ν层流内层温度低→丶层流内层厚度变化小→>α较小→e=0.3 壁面与流体主体温差不大:流体粘度影响 校正公式: 粘度:4-71; 进口端:校正系数1.02~1.07;1+(d/L07 湍动程度:4-73:弯曲校正:4-74; 关联式 非圆形管:用当量直径近似(套管环隙有专用关联式)
圆 管 内 强 制 湍 流 关 联 式 Nu=0.023 Re0.8 Pre • 条件分析： – Re>10000：充分湍流 – Pr = 0.6~160：常见流体可满足 – l/D > 60：充分发展的流动，忽略进口端效应 – 定性温度：流体平均温度 – 特征尺寸：管道直径 – 加热与冷却不同 流体被加热→层流内层温度高→层流内层厚度变化大→ 较大→ e=0.4 流体被冷却→层流内层温度低→层流内层厚度变化小→ 较小 →e=0.3 – 壁面与流体主体温差不大：流体粘度影响 • 校正公式： 粘度：4-71； 进口端: 校正系数1.02~1.07；1+(d/L)0.7 湍动程度：4-73； 弯曲校正：4-74； 非圆形管：用当量直径近似（套管环隙有专用关联式） 5
圆管内强制湍流α关联式 流体加热时α主要影响因素分析 色.4 a=0.023 4a)0.8 8,0,“2,5,08 a=0.023 流体物理性质 流速影响大,管径影响较小
圆管内强制湍流 关联式 • 流体加热时主要影响因素分析 流体物理性质 流速影响大，管径影响较小 6
变20-1 常用∝关联式(无相变) 传熟情况 计算公式 适用范爵 备注 除A按壁温下取值 1.86—Rel3Fr1 G2500 同上 Re=5000~70000 Nu=CIC2RePr04 X1/4-1.2~5 C1,C2、n值及x X 流体垂直流过管束 x2/d=1.2~5 强制对流 Nu=0. 36Re 55Pr1/(p//w)oH 适于列管换热器当量直径按式 程对流传热的计算 (有折流板的管束 (1)定形几何尺寸取 垂育平板的高度h, 垂直管和板或水平 或水平圆管的外 管的自然对流 Nu=C (Pr, Gr)n Pr>C7 (2)C和n参见有关 参考书 (3)定性温度取平均 漠温
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壁温计算 计算自然对流传热系数、计算热损失、选择管材 料需要 计算壁温时通常忽略管壁热阻 联立下面方程可以求解壁温 6/2 壁温接近对流传热系数大的一方流体的温度
壁温计算 • 计算自然对流传热系数、计算热损失、选择管材 料需要 • 计算壁温时通常忽略管壁热阻 • 联立下面方程可以求解壁温 • 壁温接近对流传热系数大的一方流体的温度。 8
思考题 为什么边界层内的流动情况对于给热系数有重 要影响?对流给热中,流体内哪一部分温度梯 度最大,为什么? Pr数大的流体一般粘度比较大,而经验告诉我 们,粘度大的流体传热一般比较慢,但是在对 流给热公式中Pr数与对流传热系数成正相关, 这与经验是否矛盾?解释其原因。 ·层流内层的厚度主要受哪些因素的影响?并相 应的举出可能强化传热的方法
思考题 • 为什么边界层内的流动情况对于给热系数有重 要影响? 对流给热中，流体内哪一部分温度梯 度最大，为什么? • Pr数大的流体一般粘度比较大，而经验告诉我 们，粘度大的流体传热一般比较慢，但是在对 流给热公式中Pr数与对流传热系数成正相关， 这与经验是否矛盾?解释其原因。 • 层流内层的厚度主要受哪些因素的影响?并相 应的举出可能强化传热的方法。 9
有相变的对流传热过程 蒸汽冷凝和液体沸腾是两种伴有相变化的对流给热过 程。相变化的存在使传热过程增加了新的特点。 物质放出或吸收大量的潜热; 传热过程中,流体温度恒定; 壁面附近的流体能维持较高的温度梯度,从而使 传热系数远高于同类物质无相变时的数值。 层流内层厚度仍可以作为分析影响因素的工具
有相变的对流传热过程 • 蒸汽冷凝和液体沸腾是两种伴有相变化的对流给热过 程。相变化的存在使传热过程增加了新的特点。 – 物质放出或吸收大量的潜热； – 传热过程中，流体温度恒定； – 壁面附近的流体能维持较高的温度梯度，从而使 传热系数远高于同类物质无相变时的数值。 • 层流内层厚度仍可以作为分析影响因素的工具。 1 0