第5章传热课件3.ppt

对流传热:
对流传热系数( α)的影响因素
(1)引起流动的原因:自然对流和强制对流
自然对流:流体内温度不同,导致密度差异,热流体上升,冷流体下降,由于流体温度不同而使流体流动的传热过程,称为自然对流传热。
强制对流:由外力作用(输送机械)使流体流动而传热,称为强制对流传热。
α强制对流>> α自然对流
对流传热与对流传热系数
(2)流体流动形态
流体传热热阻主要集中在层流底层中。对层流而言,整个流体均处于层流状态;而湍流流体中只有层流底层处于层流状态;所以湍流情况下传热效果大于层流状态,且湍动程度越大,层流底层越薄,对流传热系数越大。
湍流>> α层流
α
对流传热与对流传热系数
(3)流体的性质
影响对流传热过程的性质主要有:比热、导热系数、粘度、密度等。
如粘度大,流动阻力大,湍动程度差,传热效果差;导热系数大,层流底层中热阻小。一般比热大、导热系数大、密度大、粘度小对传热有利。
(4)传热面形状、大小、位置及流通截面,是否发生相变等
流通截面及形状(圆管、套管环隙、翅片管、单管、管束、板、弯管)
管子排列方式(三角形、正方形)
位置(水平、垂直)
大小(短管、长管)
相变(无相变、沸腾、冷凝)
补充:自然对流环流流速
流动的推动力为密度不同引起的静压差,则
液体的密度随温度变化的关系式如:
紧靠壁面处密度(温度高时)
ΔT =T '-T
体积膨胀系数
自然对流的强弱与加热面的位置密切相关。水平加热面的上部有利于产生较大的自然对流(如图a所示),故房间采暖用的加热器应尽量放在下部;水平冷却面的下部有利于产生较大的自然对流(如图b所示),故剧场的冷气装置应放在剧场上部。
热平板
图a 水平加热面的对流情况
冷平板
图b 水平冷却面的对流情况
因次(量纲)分析在对流传热中的应用
(1)获得对流传热系数( α)的方法
①分析法
②数值法
③实验法:通过实验来获得不同情况下的对流传热计算式(常为关联式或经验式)。为减少实验工作量,提高实验结果的通用性,应当在量纲分析的指导下进行;即对某一类对流传热问题,将影响对流传热系数的因素用量纲分析归纳成几个无量纲的特征数,以减少变量数目,再用实验确定这些特征数之间的具体关系。
(2)因次分析在对流传热中的应用
影响对流传热系数的因素有(无相变):
(1)流体物性:μ、ρ、λ、cp
(2)流动状态:u
(3)传热面特征尺寸:l
(4)自然对流:βΔTg (视为一个变量,相当单位质量流体由于温度不同所产生的浮力)
所以对流传热系数是以上七个变量的函数:
令
对SI制基本量纲有七个,在此关系有涉及到四个量纲,包括长度L、质量M、时间T 、温度Θ;所以关联式中各变量的因次分别为:
(W• m-2 •℃-1 )
(Pa• s )
(kg• m-3 )
(W• m-1 •℃-1 )
(m)
(J• kg -1 •℃-1 )
(m• s -1 )
(m• s -2 )
W=J/S=N*m/s=(kg*m/s2)*m/s=kg*m2/s3