第四节对流传热.pptVIP

例5-17有一垂直蒸汽管，外径100mm，长3.5m，管外壁温度为110℃。若周围空气温度为30℃，试计算单位时间内由于自然对流散失于周围空气中的热流量。分析：（1）确定流动型态-----自然对流Qα自然对流GrPr定性温度（膜温）问题：怎么求？Nu第30页，共48页，星期日，2025年，2月5日复习：对流给热系数的计算：一、无相变对流给热系数的计算自然对流管束外水平圆管外外壁湍流层流管内无相变公式不要求记住，但是要会查，知道公式的每一项物理意义。每一个公式要知道适用范围，特性尺寸以及定性温度。第31页，共48页，星期日，2025年，2月5日九、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第32页，共48页，星期日，2025年，2月5日(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：膜温第33页，共48页，星期日，2025年，2月5日例5-18101.3kPa（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）验证第34页，共48页，星期日，2025年，2月5日第四节对流传热第1页，共48页，星期日，2025年，2月5日解决方法：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第2页，共48页，星期日，2025年，2月5日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5-8α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水蒸汽冷凝有机蒸汽冷凝水沸腾W/(m2.℃)5～2520～10020～10001000～150005000～15000500～20002500～25000第3页，共48页，星期日，2025年，2月5日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。第4页，共48页，星期日，2025年，2月5日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。第5页，共48页，星期日，2025年，2月5日均与相态，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