《化工原理》课程教学资源（讲稿）第四章 传热_4.5 对流传热系数关联式

4.5对流传热系数关联式4.5.1影响对流传热系数的因素流体的种类和相变化的情况流体的物性(入、μ、Cp、p、β)流体的温度(滞流、流）流体的流动状态流体流动的原因（自然对流、强制对流）传热面的形状、位置和大小

1 4.5 对流传热系数关联式 4.5.1影响对流传热系数的因素  流体的种类和相变化的情况  流体的物性（λ、μ、Ｃｐ、ρ、β）  流体的温度  流体的流动状态（滞流、湍流）  流体流动的原因（自然对流、强制对流）  传热面的形状、位置和大小

4.5. 2对流传热系数经验关联式的建立一、因次分析α=f(u, I, μ,α,c,，P,gβ△t)式中|——特性尺寸；u特征流速基本量纲：长度L，时间T，质量M，温度0变量总数：8个由元定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群Nu = CRe" Prk Gr8

2 一、因次分析 式中 l——特性尺寸； u——特征流速。 基本量纲：长度L，时间T，质量M，温度 变量总数：8个 由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。 ＝f(u，l，，，cp，，gt) a k g N u  C R e P r G r 4.5.2 对流传热系数经验关联式的建立

Nu = CRe" Prk GrgalNuNusselt待定准数2LupReReynolds，流动型态对对流传热的影响DPrPrandtl，汤流体物性对对流传热的影响BgAtlGrGrashof，自然对流对对流传热的影响ual(duP)(y (BgA"p"= C(=2九uD

3  l Nu   Lu Re   c p  Pr  2 3 2  g tl  Gr   a p k g d u c g t l C l ( ) ( ) ( ) 2 3 2            Nusselt待定准数 Reynolds，流动型态对对流传热的影响 Prandtl，流体物性对对流传热的影响 Grashof，自然对流对对流传热的影响 a k g N u  C R e P r G r

二、实验安排及结果整理以强制流为例：Nu=CReaPrkNu1.采用不同Pr的流体，固定ReIgNu=klgPr十IgCReaPr斜率为k双对数坐标系得一直线，a2.不同Pr的流体在不同的Re下Nu/PrkIgNu/Prk=algRe+IgC双对数坐标系中得一直线Re斜率为a，截距为C

4 二、实验安排及结果整理 以强制湍流为例：Nu＝CReaPrk 1．采用不同Pr的流体，固定Re lgNu＝klgPr＋lgCRea 双对数坐标系得一直线，斜率为k 2．不同Pr的流体在不同的Re下 lgNu/Prk＝algRe＋lgC 双对数坐标系中得一直线 斜率为a，截距为C Pr Nu k Re Nu/Prk C a

三、定性温度、特性尺寸的确定1确定物性参数数值的温度称为定性温度。定性温度的取法：w+t+膜温2(2)(1)22特性尺寸2.取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。3.准数关联式的适用范围

5 定性温度的取法： 三、定性温度、特性尺寸的确定 2．特性尺寸 取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。 2 (1) 1 2 t t t m   2 (2) W m t  t 膜温  3．准数关联式的适用范围。 1．确定物性参数数值的温度称为定性温度

4.5.3无相变时对流传热系数的经验关联式一、流体在管内的强制对流，圆形直管内的流04PrNu = 0.023Re(dupy()α = 0.023dL适用范围：Re>10000, 0.760

6 一、流体在管内的强制对流 n N u 0.023 R e P r 0.8  p n d u c d 0.023 ( ) ( ) 0.8        适用范围： Re>10000，0.760 1．圆形直管内的湍流 4.5.3 无相变时对流传热系数的经验关联式

注意事项：t,+t等温定性温度取tm冷却2特征尺寸为管内径d一加热流体被加热时，n=0.4;流体被冷却时，n=0.3。热流方向对速度对大多数液体Pr>1：分布的影响Pr0.4> Pr0.3对大多数气体Pr<1：Pr0.4< Pr0.3

7 • 特征尺寸为管内径di • 流体被加热时，n＝0.4； • 流体被冷却时，n＝0.3。 2 1 2 t t t m   注意事项： • 定性温度取 热流方向对速度 分布的影响 对大多数液体Pr＞1： Pr0.4＞ Pr0.3 对大多数气体Pr＜1： Pr0.4＜ Pr0.3

(1)高粘度以下是对上面的公式进行修正：Nu = 0.027 Re 0-8 Pr3(=)014uRe>10000,0.760定性温度取tm；特征尺寸为d，液体被加热=1.050.14液体被冷却=0.95u气体(冷却或加热)=1.0

8 (1)高粘度 以下是对上面的公式进行修正： 3 0.1 4 1 0.8 0.027 Re Pr ( ) w Nu            ( ) 1.0 0.95 1.05 ( ) 0.1 4 气 体 冷却或加热 液体被冷却 液体被加热  w  Re>10000，0.760 定性温度取tm；特征尺寸为di

_α个(2)1 /d1Φ=1+α2过渡流(20001-弯管内流体的流动R

9 (2) l/d<60   2 过渡流（2000<Re<10000)     1 Re 6 10 1 1.8 5      1 1 0.7          l d  3 弯曲管内    1  1.77  1 R d 

0.8-n0.8O(dup)08 ()"uD= 0.023α = 0.02310.20.8d4强化措施：uT,αocu0.8→ α 个d, ααc1/do.2= α 个流体物性的影响，选入大的流体→α个10

10 强化措施：  u,u 0.8    d, 1/d0.2     流体物性的影响，选大的流体   0.8 0.8 1 0.2 0.8 0.8 0.023 ( ) ( ) 0.023          n n p n p c d d u c u d    