[农学]第四节对流传热.pptVIP

九、 流体有相变时的对流传热 1.蒸汽冷凝时的状况 膜状 滴状 产生原因：冷凝壁有润湿作用，形成冷凝液膜 特点：传热阻力集中于膜中，导热系数小， 热阻大，故给热系数α小。 产生原因：壁面无润湿作用（光滑）。 特点：传热阻力小，给热系数α大。 过程比较: 一）蒸汽冷凝传热系数 冷凝方式 故冷凝器的设计总是按膜状冷凝来处理 工业上遇到的大多数是膜状冷凝 (1)蒸汽在水平管外的膜状冷凝时的对流传热系数 2.蒸汽冷凝的对流传热系数经验关联式 (2)蒸汽在垂直管板上膜状冷凝时的对流传热系数 层流:Re1800 湍流: Re1800 定性温度：膜温 特征尺寸： 单管： 管束： n—水平管束在垂直列上的管子数； r—汽化潜热（ts下），kJ/kg。 特性尺寸：管或板高H 定性温度：膜温 例5-18 101.3kPa（绝）下的水蒸气在单根管外冷凝（管内通空气作为冷却剂）。管径100mm，管长1.5m，管壁温度为98℃。 （1）若管垂直放置，试计算蒸汽冷凝时的给热系数。 （2）若管水平放置，重新计算冷凝给热系数。 分析： （1）垂直放置 判断层流或者湍流 定性温度（膜温） 特性尺寸（长度） 验证 （2）水平放置 定性温度（膜温） 特性尺寸（管外径） 更简捷的求法？ 具体解题过程见P178页例5-19 单组分饱和蒸汽冷凝时，气相内温度均匀，都是饱和温度，没有温度差，故热阻集中在冷凝液膜内。因此对一定的组分，液膜的厚度及其流动状况是影响冷凝传热的关键因素。凡是有利于减薄液膜厚度的因素都可提高冷凝传热系数。这些因素为: （2）流体物性:由膜状冷凝传热系数计算式可知 3．影响冷凝传热的因素 （1）冷凝液膜两侧的温度差: 当液膜呈滞流流动时， 都影响冷凝传热系数。 （3）蒸汽的流速和流向: 蒸汽和液膜同向流动: 蒸汽和液膜逆向流动: 摩擦力将是液膜加速，厚度减薄， 但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸汽吹离壁面， 第四节 给热系数 一、对流传热速率方程—牛顿冷却定律 —牛顿冷却定律 热流体： 冷流体： 解决方法：研究各种对流传热情况下α的大小、影响因素及计算式。 牛顿冷却定律存在的问题： 1.牛顿冷却定律表达了复杂的对流传热问题，但它并非理论推导的结果，而是一种推论，即假设单位面积的传热速率与温差成正比。 2.该公式形式虽然简单，但它并未揭示对流传热过程的本质，并未减少计算困难，只不过将所有复杂的因素都转移到对流传热系数中，实质上是将矛盾集中到对流传热系数α。 研究对流传热问题的核心 2.α反映了对流传热的快慢,α愈大表示对流传热愈快。 二、对流传热系数α 对流传热系数的定义式 意义: 3.α不是流体的物理性质，而是受诸多因素影响的一个系数，反映对流传热热阻的大小。 1.α在数值上等于单位温度差下、单位传热面积的对流传热速率。 表5-8 α值的范围 W/(m2.℃) 换热方式 2500～25000 500～2000 5000～15000 1000～15000 20～1000 20～100 5～25 水沸腾 有机蒸汽冷凝 水蒸汽冷凝 水强制对流 水自然对流 气体强制对流 空气自然对流 3)实验方法：用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。 1. ?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?的精确解或数值解。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。 ? 三. 对流传热系数的确定 2)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。 ——传热学及传递过程的研究内容 实验表明：α与流体的物性、温度、流动状况以及壁面几何状况等诸多因素有关。 2. 影响对流传热系数的因素: 1) 流动状态：层流和湍流的传热机理有本质的区别 层流: 传热基本上依靠分子扩散作用的导热方式,质点无混杂运动。 湍流: 湍流主体的传热为涡流作用引起的热对流，质点呈混杂运动，传热充分。但在壁面附近的层流内层中仍为热传导。 2) 对流情况：自然对流，强制对流 (流动和传热规律不同) 自然对流：流体内部存在温度差，因而各部分的流体密度不同，引起流体质点的相对位移。 强制对流: 外力的作用，如泵、搅拌器等迫使流体流动。u影响大。 均与相态，温度 t 和压力 p有关 4) 传热面的形状，位置和大小 传热面大小：流道尺寸（管径，管长，板高和进口效应） 5) 传热有、无流体相变情况 传热面位置：(水平,垂直), 管束排列方式 传热面形状：圆管,平板,环隙，翅片形式等 流体有无相变化，对传热有不同的影响 有流体相变：如蒸汽在冷壁面上的冷凝和液体在热壁面上的沸腾 总之： 3) 流体的性质(Cp ,λ, ρ,μ，β) 3. 各种情况下对流传热系数求