对流给热系数.ppt

牛顿冷却定律:对流传热系数是技术上的系数,不是物性值
对流传热过程描述
牛顿冷却定律
t: 流体温度与壁面温度之差
流体温度:主体温度、混合杯温度
:对流传热系数(膜系数)热阻集中在层流内层
Q=At/b Q=At
=/b
影响因素
流体性质:导热系数、粘度、比热、密度、热膨胀
流动状态:流速
界面情况:管径、光滑情况、形状、位置
计算方法
因次分析无因次准数
实验回归系数
解析、类似率- 《化工传递》
关联式
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对流给热系数的实验关系式
对流传热分类
定义
名称
意义
Nu = hl / k
努塞尔准数
待求准数,含待求的给热系数
Re = lu/ 
雷诺准数
反映对流强度对传热的影响
Pr = cp / k
普兰特准数
反映流体物性的影响
Gr = l 32gt / 2
格拉斯霍夫准数
反映自然对流的影响
对流传热
有相变传热
无相变传热
冷凝传热
沸腾传热
自然对流
强制对流
管外对流
管内对流
圆形直管
非圆管道
弯管
湍流
过渡流
滞流
对流传热中常用的准数
关联式的建立
因次分析:依据因次一致性原则和定理,对传热过程的影响因素进行分析,得到:
强制对流: Nu=f(Re,Pr)
自然对流: Nu=F(Gr,Pr)
特征准数:
Pr = cp/:表征物理性质的影响
Nu = / (/l) :湍动的影响
Gr =(l32gt) /2 :温差引起的自然对流
特征尺寸(定性尺寸):l
对流动或传热过程产生直接影响的尺寸,在关联式建立时已经确定,如管径或当量直径
定性温度:确定物理性质参数的温度,关联式建立时已经确定
流体进出口平均温度
壁面平均温度
平均膜温(流体温度与壁面温度平均)
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圆管内强制湍流关联式
Nu= Pre
条件分析:
Re>10000:充分湍流
Pr = ~160:常见流体可满足
l/D > 60:充分发展的流动,忽略进口端效应
定性温度:流体平均温度
特征尺寸:管道直径
加热与冷却不同
流体被加热层流内层温度高层流内层厚度变化大较大 e=
流体被冷却层流内层温度低层流内层厚度变化小较小e=
壁面与流体主体温差不大:流体粘度影响
校正公式:
粘度:4-71; 进口端: ~;1+(d/L)
湍动程度:4-73; 弯曲校正:4-74;
非圆形管:用当量直径近似(套管环隙有专用关联式)
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圆管内强制湍流关联式
流体加热时主要影响因素分析
流体物理性质
流速影响大,管径影响较小
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壁温计算
计算自然对流传热系数、计算热损失、选择管材料需要
计算壁温时通常忽略管壁热阻
联立下面方程可以求解壁温
壁温接近对流传热系数大的一方流体的温度。
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思考题
为什么边界层内的流动情况对于给热系数有重要影响? 对流给热中,流体内哪一部分温度梯度最大,为什么?
Pr数大的流体一般粘度比较大,而经验告诉我们,粘度大的流体传热一般比较慢,但是在对流给热公式中Pr数与对流传热系数成正相关,这与经验是否矛盾?解释其原因。
层流内层的厚度主要受哪些因素的影响?并相应的举出可能强化传热的方法。
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有相变的对流传热过程
蒸汽冷凝和液体沸腾是两种伴有相变化的对流给热过程。相变化的存在使传热过程增加了新的特点。
物质放出或吸收大量的潜热;
传热过程中,流体温度恒定;
壁面附近的流体能维持较高的温度梯度,从而使传热系数远高于同类物质无相变时的数值。
层流内层厚度仍可以作为分析影响因素的工具。
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