第三章 热 量交 西安建筑科技大学 粉体工程研究所 @worldpRints.com
1 第三章 热量交换 ——对流换热 西安建筑科技大学 粉体工程研究所
提纲 概述 ·对流换热过程的数学描述 ·强制流动时的对流换热 自然对流时的对流换热
2 提 纲 • 概述 • 对流换热过程的数学描述 • 强制流动时的对流换热 • 自然对流时的对流换热
概述 1对流换热的定义和性质 对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之问的 热量传递现象 Surface 遵循Q=hA(tn-t)h是我们关心的重点 对流换热实例:1)暖气管道;2)电子器件冷却;3)电风扇
3 概述 1 对流换热的定义和性质 对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的 热量传递现象。 遵循 ( ) Q hA t t = − w h是我们关心的重点 对流换热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却；3)电风扇
概述 2对流换热的特点 (1)导热与热对流同时存在 (2)必须有直接接触和宏观运动;也必须有温差 (3)存在速度与温度边界层 3对流换热的基本计算式 牛顿冷却式 Q=hA(t-t) 9=2/A Velocity Temperature distribution distribution h(-t) Ty) Heated surfac
4 概述 2 对流换热的特点 (1)导热与热对流同时存在 (2)必须有直接接触和宏观运动；也必须有温差 (3)存在速度与温度边界层 3 对流换热的基本计算式 ( ) Q hA t t = − w ( ) w f q Q A h t t = = − 牛顿冷却式:
概述 4表面传热系数(对流换热系数) h=Q/(4(1m-t2))W(m2O 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位 时间内所传递的热量 如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题 样严籍 研究对流换热的方法: (1)分析法(解析解) (2)实验法(近似解) ;; (3)比拟法 mmm和xm(4)数值法
5 4 表面传热系数（对流换热系数） —— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位 时间内所传递的热量 ( ( )) h Q A t t = − w W (m C) 2 如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题 研究对流换热的方法： （1）分析法（解析解） （2）实验法（近似解） （3）比拟法 （4）数值法 概述
概述 5对流换热的影响因素 对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。 其影响因素主要有以下四个方面:(1)流动起因和流动状态;(2)流 体有无相变;(3)换热表面的几何因素;(4)流体的热物理性质 6对流换热的分类: (1)流动起因 自然对流:流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动 强制对流:由外力(如:泵、风机、水压头)作用所产生的流动 h强制>然
6 5 对流换热的影响因素 对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。 其影响因素主要有以下四个方面：(1)流动起因和流动状态；(2)流 体有无相变；(3)换热表面的几何因素；(4)流体的热物理性质 6 对流换热的分类： (1) 流动起因 自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动 强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 h 强制 h 自然 概述
今概述 流动状态 层流:整个流场呈一簇互相平行的流线( Laminar flow 湍流:流体质点做复杂无规则的运动( Turbulent flow) h湍流>h层流 (2)流体有无相变 单相换热: 相变换热:凝结、沸腾、升华、凝固、融化等 相变>h单相
7 流动状态 h 湍流 h 层流 (2) 流体有无相变 h 相变 h 单相 层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 湍流：流体质点做复杂无规则的运动 (Laminar flow) (Turbulent flow) 单相换热： 相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等 概述
概述 (3)换热表面的几何因素: 内部流动对流换热:管内或槽內 外部流动对流换热:外掠平板、圆管、管束 内部流动 外部绕流 (a)强迫对流 面朝上 热面朝下 b)自级对流
8 (3) 换热表面的几何因素： 内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束 概述
概述 (5)流体的热物理性质: 热导率kW/(m·C)]密度pkg/m3 比热容cJ(kgC)动力粘度[Pas 运动粘度v=/p[m2/s]体胀系数Pl/K] 1(a 1( ap B aT plaT k个→h个流体内部和流体与壁面间导热热阻很小 p、c个→h个单位体积流体能携带更多能量 1个→h流动阻力增大,对流换热减弱 β个→h↑体积膨胀增大,自然对流换热增强
9 (5) 流体的热物理性质： 热导率 k [ W (m C)] 密度 [kg m ] 3 比热容 [J (kg C)] c 动力粘度 [ ] Pa s 运动粘度 2 = [m s] 体胀系数 [1 K] 1 1 p p v v T T = = − 概述 h k h 、c h h 体积膨胀增大，自然对流换热增强 流动阻力增大，对流换热减弱 流体内部和流体与壁面间导热热阻很小 单位体积流体能携带更多能量
概述 综上所述,表面传热系数是众多因素的函数: h=f(u 2 P ,B,p2) Fluid flow e Su 10
10 综上所述，表面传热系数是众多因素的函数： ( , , , , , , , , ) w f p h f u t t k c l = 概述