《化工原理》课程教学资源（讲稿）第四章 传热_4.3 对流传热概述

4.3对流传热概述4.3.1对流传热速率方程和对流传热系数4.3.2对流传热机理4.3.3保温层的临界直径

1 4.3 对流传热概述 4.3.1 对流传热速率方程和对流传热系数 4.3.2 对流传热机理 4.3.3 保温层的临界直径

4-3对流传热概述1、流体无相变的对流传热自然对流传热：温度差导致流体内部密度差强制对流传热：有外力作用2、流体有相变的对流传热液体沸腾蒸汽冷凝

2 4-3对流传热概述 1、流体无相变的对流传热 自然对流传热：温度差导致流体内部密度差 强制对流传热：有外力作用 2、流体有相变的对流传热 液体沸腾 蒸汽冷凝

4.3.1对流传热速率方程和对流传热系数对流传热速率方程对流传热推动力系数×推动力对流传热速率对流传热阻力热流体与壁面间对流传热牛顿冷却定律T-Tw= α(T-T)dSdQ =1adsα一比例系数，局部对流传热系数

3 4.3.1 对流传热速率方程和对流传热系数 一、对流传热速率方程 ＝系数 推动力 对流传热阻力 对流传热推动力 对流传热速率＝  T T dS dS T T dQ w w ( ) 1       热流体与壁面间对流传热 －比例系数，局部对流传热系数 t2 dS Wh，T1 Wc，t1 T2 牛顿冷却 定律

AQ = αS△t =α一平均对流传热系数，W /(m2.℃)S一总传热面积，m2△t一流体与壁面间温度差的平均值℃/W1/αS一对流传热热阻，换热面积可以用管内侧，也可用管外侧表面积表示dQ = α;(T - Tw)dSdQ = αo(tw -t)dS

4 S t Q S t   1     W / ( ) 2 0 －平均对流传热系数， m  C S－总传热面积，m 2 △t－流体与壁面间温度差的平均值 1/αS－对流传热热阻， ℃/W 换热面积可以用管内侧，也可用管外侧表面积表示 i w i dQ   (T T )dS 0 0 dQ (t t)dS   w  t2 Wh，T1 Wc，t1 T2

二、对流传热系数Q =αS△t牛顿冷却定律：QSAt式中对流传热速率，W；Q对流传热系数，W/(m2.℃）；αA流体与壁面间温度差，℃；—传热面积，m2。S入是物性，α是与流动状况有关的系数

5 牛顿冷却定律： Q  St 式中 Q ── 对流传热速率，W；  ── 对流传热系数，W/(m2·℃)； △t── 流体与壁面间温度差，℃； S ──传热面积，m 2 。 S t Q  ＝ λ是物性，α是与流动状况有关的系数。 二、对流传热系数

α值的范围换热方式空气自然对流气体强制对流水自然对流水强制对流a5~2520~10020 ~10001000～15000(m2.℃)W/水沸腾换热方式水蒸气冷凝有机蒸气冷凝2500~a5000～15000500~200025000W/ (m2.℃)α值范围规律：有相变>无相变强制对流>自然对流液体>气体

6 α值的范围 换热方式 空气自然对流 气体强制对流 水自然对流 水强制对流 α W/（m 2.℃） 5 ～25 20 ～100 20 ～1000 1000 ～15000 换热方式 水蒸气冷凝 有机蒸气冷凝 水沸腾 α W/（m 2.℃） 5000 ～15000 500 ～2000 2500～ 25000 α值范围规律：有相变＞无相变 强制对流＞自然对流 液体＞气体

4-3-2对流传热机理层流底层一、对流传热分析热传导方式温度梯度大，瑞流核心对流传热温度分布温度梯度极小，对流方式·过渡区域热传导和对流方式温度对流传热是集热对流和热传导于一体的综合现象

7 4-3-2对流传热机理 •层流底层 温度梯度大，热传导方式 •湍流核心 温度梯度极小，对流方式 •过渡区域 热传导和对流方式 对流传热是集热对流和热传导 于一体的综合现象。 一、对流传热分析

二、热边界层当流体流过固体壁面时，若两者温度不同，则壁面附近的流体受壁面温度的影响将建立一个温度梯度，一般将流动流体中存在温度梯度的区域称为温度边界层，也叫一13手板上的热动界屋热边界层热边界层是进行对流传热的主要区域热边界层越薄，则层内的温度梯度越大

8 二、热边界层 当流体流过固体壁面时，若 两者温度不同，则壁面附近 的流体受壁面温度的影响将 建立一个温度梯度，一般将 流动流体中存在温度梯度的 区域称为温度边界层，也叫 热边界层 •热边界层是进行对流传热的主要区域 •热边界层越薄，则层内的温度梯度越大

dt层流内层温度梯度dyM通过薄层的传热只能是流体间的热传导dt对照dQ = α(T -T)dSdQ =-dsdyW温度梯度影响因素复杂九dt该式仅为理论分析和计α=dyT-T.算α值的基础2-Q-f_t_f-t另根据热传导α =aSas

9 层流内层温度梯度 w dy dt         通过薄层的传热只能是流体间的热传导 w dy dt dQ dS           w w dy dt T T             对照 dQ  (T  Tw )dS 温度梯度影响因素复杂 该式仅为理论分析和计 算α值的基础 另根据热传导 S t t t t Q    1 S 1 2 1  2       

4-3-3保温层的临界直径有一Φ25×2的蒸汽管道，管内壁温度为130℃，管外包一层入=0.8W/（m.℃）的保温层保温层外面是30℃的大气，对流传热系数为ao=10W/ (m2 . ℃),1是否在任何条件下都是保温层越厚热损失越小2、若管壁导热系数入 1.=50W/(m2. ℃)当保温层半径为50、80、100和200mm时，每米管长的热损失为多少10

10 4-3-3保温层的临界直径 有一Φ 25×2的蒸汽管道，管内壁温度为 130℃ ，管外包一层λ=0.8W/(m.℃)的保温层， 保温层外面是30 ℃的大气，对流传热系数为 a0=10W/(m2 .℃) , 1是否在任何条件下都是保温层越厚热损失越小 2、若管壁导热系数λ1.=50W/ (m2.℃)当保温 层半径为50、80、100和200mm时，每米管长的 热损失为多少