化工原理上冊(cè)天津大學(xué)柴誠(chéng)敬39－40學(xué)時(shí)課件

第五章傳熱5.4對(duì)流傳熱1對(duì)流傳熱是指運(yùn)動(dòng)流體與固體壁面之間的熱量傳遞過(guò)程，對(duì)流傳熱與流體的流動(dòng)狀況密切相關(guān)。對(duì)流傳熱概述圖5-12對(duì)流傳熱的溫度分布情況2無(wú)相變有相變強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流對(duì)流傳熱蒸汽冷凝液體沸騰概述3圖5-12對(duì)流傳熱的溫度分布情況一、對(duì)流傳熱機(jī)理5一、對(duì)流傳熱機(jī)理當(dāng)湍流的流體流經(jīng)固體壁面時(shí)，將形成湍流邊界層，若流體溫度與壁面不同，則二者之間將進(jìn)行熱交換。層流內(nèi)層緩沖層湍流核心湍流邊界層傳熱方式熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)和渦流傳熱渦流傳熱6層流內(nèi)層緩沖層湍流核心湍流邊界層溫度梯度較大居中較小熱阻較大居中較小對(duì)流傳熱是集熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)于一體的綜合現(xiàn)象。對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在層流內(nèi)層，因此，減薄層流內(nèi)層的厚度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的主要途徑。一、對(duì)流傳熱機(jī)理7圖5-13平板上的熱邊界層二、熱邊界層及對(duì)流傳熱系數(shù)9若緊靠壁面處薄層流體內(nèi)的傳熱只能是熱傳導(dǎo)，因此傳熱速率可用傅立葉定律表示，即緊靠壁面處薄層流體的溫度梯度二、熱邊界層及對(duì)流傳熱系數(shù)10根據(jù)牛頓冷卻定律，流體和壁面間的對(duì)流傳熱速率方程為換熱器任一截面上與熱流體相接觸一側(cè)的壁溫?fù)Q熱器任一截面上熱流體的平均溫度二、熱邊界層及對(duì)流傳熱系數(shù)11二、熱邊界層及對(duì)流傳熱系數(shù)當(dāng)流體流過(guò)圓管進(jìn)行傳熱時(shí)，管內(nèi)熱邊界層的形成和發(fā)展。對(duì)于一定的管長(zhǎng)，破壞邊界層的發(fā)展也能強(qiáng)化對(duì)流傳熱。對(duì)于同一種流體，強(qiáng)制對(duì)流傳熱的對(duì)流傳熱系數(shù)要大于自然對(duì)流的，有相變化的要大于無(wú)相變化的。13第五章傳熱5.4對(duì)流傳熱5.4.1對(duì)流傳熱機(jī)理和對(duì)流傳熱系數(shù)5.4.2

對(duì)流傳熱的量綱分析14一、影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素1.流體的種類和相變化的情況2.流體的特性：導(dǎo)熱系數(shù)、黏度、比熱容、密度以及體積膨脹系數(shù)3.流體的溫度4.流體的流動(dòng)狀態(tài)5.流體流動(dòng)的原因6.傳熱面的形狀、位置和大小15量綱分析的基本依據(jù)是π定理：一個(gè)表示n個(gè)物理量間關(guān)系的量綱一致的方程式，一定可以轉(zhuǎn)換成包含n-m個(gè)獨(dú)立的量綱為一數(shù)群間的關(guān)聯(lián)式，m指n個(gè)物理量中所涉及的基本量綱的數(shù)目。量綱分析的核心在于確定n和m，并用一定技巧將各個(gè)量綱為一數(shù)群的內(nèi)涵確定下來(lái)。量綱分析基本依據(jù)二、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析171.流體無(wú)相變時(shí)的強(qiáng)制對(duì)流傳熱過(guò)程（1）列出影響該過(guò)程的物理量傳熱設(shè)備的特征尺寸二、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析18（2）確定量綱為一數(shù)群的數(shù)目上述7個(gè)變量（物理量）涉及到4個(gè)基本量綱：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間和溫度依據(jù)π定理，量綱為一數(shù)群的數(shù)目等于7-4=3二、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析19普蘭德數(shù)(Prandtlnumber)表示速度邊界層和熱邊界層相對(duì)厚度的一個(gè)參數(shù)，反映與傳熱有關(guān)的流體物性。強(qiáng)制對(duì)流（無(wú)相變）傳熱時(shí)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式因此，有二、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析212.自然對(duì)流傳熱過(guò)程（1）列出影響該過(guò)程的物理量傳熱設(shè)備的特征尺寸作用在單位體積流體上的浮力二、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析22（2）確定量綱為一數(shù)群的數(shù)目上述7個(gè)變量（物理量）涉及到4個(gè)基本量綱：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間和溫度依據(jù)π定理，量綱為一數(shù)群的數(shù)目等于7-4=3二、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析23格拉斯霍夫數(shù)(Grashofnumber)表示由溫度差引起的浮力與黏性力之比自然對(duì)流（無(wú)相變）傳熱時(shí)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式因此，有二、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析253.使用由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得到的關(guān)聯(lián)式應(yīng)注意的問(wèn)題（1）應(yīng)用范圍關(guān)聯(lián)式中Re、Pr等準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值范圍等；（2）特性尺寸Nu、Re等準(zhǔn)數(shù)中的?應(yīng)如何確定；（3）定性溫度各準(zhǔn)數(shù)中的流體物性應(yīng)按什么溫度查取。二、對(duì)流傳熱過(guò)程的量綱分析26特性尺寸：管內(nèi)徑。定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。應(yīng)用范圍：若，可將由上式求得的值乘以進(jìn)行校正。一、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流29（2）高黏度流體可應(yīng)用西德?tīng)枺⊿ieder）—泰特（Tate）關(guān)聯(lián)式或壁溫下的黏度考慮熱流方向的校正項(xiàng)一、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流30特性尺寸：管內(nèi)徑。定性溫度：除μw取壁溫外，均取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。應(yīng)用范圍：一、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流312.流體在光滑圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制層流特性尺寸：管內(nèi)徑。定性溫度：除μw取壁溫外，均取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。應(yīng)用范圍：一、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流32當(dāng)時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)可先用湍流時(shí)的公式計(jì)算，然后把算得的結(jié)果乘以校正系數(shù)。3.流體在光滑圓形直管中呈過(guò)渡流一、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流334.流體在彎管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流流體在彎管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于受離心力的作用，增大了流體的湍動(dòng)程度，使對(duì)流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)的大管子的彎曲半徑一、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流345.流體在非圓形管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流流體在非圓形管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流時(shí)，只要將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑，則仍可采用上述各關(guān)聯(lián)式。傳熱當(dāng)量直徑定義：究竟采用哪個(gè)當(dāng)量直徑，由具體的關(guān)聯(lián)式?jīng)Q定。一、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流35練習(xí)