4.3_硅酸盐工业热工基础_对流换热
热工基础 第十章对流换热
u u u xv u y F x x p x 2 u 2 y 2 u 2
v u v xv v y F y p y x 2 v 2 y 2 v 2
u t v t a 2t x y y2
25
10-3 外掠等壁温平板层流换热分析解简介
1. 对流换热特征数关联式 特征数是由一些物理量组成的量纲一（无量纲）的数， 例如毕渥数Bi和付里叶数Fo。对流换热的解也可以表示 成特征数函数的形式，称为特征数关联式。
综上所述，边界层具有以下特征： (a) 、t l
(b) 流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存 在较大的速度梯度，是发生动量扩散（即粘性力作用） 的主要区域。主流区的流体可近似为理想流体；热边 界层内存在较大的温度梯度，是发生热量扩散的主要 区域，热边界层之外温度梯度可以忽略；
(c) 根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边 界层。湍流边界层分为层流底层、缓冲层与湍流核心 三层结构。层流底层内的速度梯度和温度梯度远大于 湍流核心；
6
5）体胀系数V，K－1。
V 1vvtp 1tp
对于理想气体，pv=RT，代入上式，可得V =1/T。
体胀系数影响重力场中的流体因密度差而产生的浮升 力的大小，因此影响自然对流换热。
定性温度
对于同一种不可压缩牛顿流体，其物性参数的数 值主要随温度而变化。用来确定物性参数数值的温度。 称为定性温度。在分析计算对流换热时，定性温度的 取法取决于对流换热的类型。
20
局部表面传热系数的变化趋势：
流动边界层厚度 与热边界层厚度t的比较 ：
两种边界层厚度的相对大小取决于流体运动粘度 与
热扩散率a的相对大小。令
硅酸盐工业热工基础之--4.3(国)对流换热
努谢特准数： 努谢特准数： Nu = αl = λ λ 1 α 意义:传导热阻与对流热阻之比 意义 传导热阻与对流热阻之比
l
1
4.3.5对流换热准数方程 对流换热准数方程
硅 酸 盐 工 业 热 工 基 础
１．因次分析法 因次和谐性： 因次和谐性：物理方程所包含各项在因次上一致。 基本物理量： 个基本物理量： 基本物理量：国际单位制中7个基本物理量： 个基本物理量 长度（L）、温度（θ）、质量（M）、时间（τ）、量（mol)、 L 电流（A）、埃得拉（(ed) ２．对流换热准数方程 α=f(Φ,l1,l2,l3,Λ,u,tw,tf) 即 或： Nu=AReaPrbGrc Nu=f(Re,Pr,Gr)
Nu = l
计算а
（３）利用牛顿冷却定律计算q
２．常见情况下的对流换热计算 （1） 强制对流 ） 1)流体在圆管内紊流流动
N u f = 0.023Re0f.8 Prn f
适用条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。
l Re f = 10 4 ～1.2 × 10 5 ，Pr f = 0.7～120， > 60 d
1
硅 酸 盐 工 业 热 工 基 础
２．定性温度和定性尺寸 （１）定性温度：决定准数中物理参数值的温度。 定性温度：决定准数中物理参数值的温度。 常用定性温度: 常用定性温度
流体与 固体壁平均温度； 固体壁面温度; 流体平均温度.
（２）定性尺寸：对流体流动有决定意义的壁面与流体接触 定性尺寸： 的几何尺寸。 的几何尺寸。 常见定性尺寸： 常见定性尺寸：
3)流体掠过平板紊流流动 )
N um = (0.037 Rem
硅酸盐工业热工基础知识课后复习标准答案
硅酸盐工业热工基础作业答案2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m2胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。
48w/m.cQ=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104W2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁由Q=t∆/R或q=t∆/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才行单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m.硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层)Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3Rt1=Rt2⇒0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。
2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C粘土砖的平均导热系数λav=0.835X0.58X103-X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X103-=1.067W/m.CR2=R1+δ=1.08m当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.080.85=4200W/m因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。
做法与2－1同。
2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁单值条件λ1＝50W/m。
C λ2＝0.1 W/m。
《硅酸盐工业热工基础》教学大纲
《硅酸盐工业热工基础》教学大纲二、课程目的和任务硅酸盐工业热工基础课程是一门理论性较强的专业学科基础课，通过热工基础的学习，要求学生掌握燃料与燃烧（其中包括固体燃料、气体燃料、液体燃料的燃烧计算及燃烧设备）、气体流动（主要是气体流动的基本原理及排烟系统的设计计算）和传热（其中包括三种基本的传热方式、换热器的设计计算等）及干燥等方面的基本概念、基本理论和计算，为分析窑炉设备的热工性能、为设计窑炉和研究新型窑炉打下理论基础。
三、本课程与其它课程的关系本课程是在高等数学、物理、物理化学、工程研究基础等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决硅酸盐工业生产中各种操作问题的工程学科，是基础课程向专业课程、理论到工程过渡的桥梁课程之一，并与水泥工艺学、水泥厂工艺设计概论、陶瓷工艺学、陶瓷厂工艺设计概论等课程共同构成一个完整的硅酸盐过程的知识体系，为粉体工程、水泥工业热工设备等课程的学习奠定坚实的基础。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（1学时）了解本课程的性质、任务和内容，了解无机非金属材料工程学科的发展。
（二）气体力学及其在窑炉中的应用（9学时）1、主要内容气体力学基础；窑炉系统内的气体流动；烟囱。
2、重点窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计计算。
3、教学要求了解窑炉系统的气体流动特点；理解气体流动的基本规律、气体流动和窑炉的操作和设计的关系；掌握窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计。
（三）燃料与燃烧（10学时）1、主要内容燃料的分类和组成；燃料的热工性质及选用原则；燃烧计算；燃烧过程的基本理论；燃料的燃烧过程及燃烧设备。
2、重点燃烧计算及固体、气体燃料的燃烧过程。
3、教学要求了解各类燃料的热工特性；理解燃烧过程及燃烧设备的特点，合理地选用燃料燃烧设备及组织燃烧过程，达到高产、优质、低消耗的生产效果；掌握燃料燃烧计算的方法。
（四）传热（30学时）1、主要内容传导传热；对流换热；辐射换热；综合传热；不稳定导热。
硅酸盐工业热工基础
P7
1. 绪论
❖ 新石器时代—1万年前，人类对石头进行加工 ❖ 金坛三星村新石器时代遗址
❖ 孟津妯娌新石器时代聚落遗址
P8
P9
P10
P11
1. 绪论
❖(三) 青铜器时代 Bronze Age：人类大量制造和使用第二 种人造材料——“红铜”和“青铜”。
❖ 烧制陶器过程中还原出金属铜和锡，创造了炼铜技术， 生产出各种青铜器物，进入了青铜器时代。
P13
1. 绪论
❖(三) 铁器时代 Iron Age：人们开始使用铁来制造工具和 武器的时代。
❖ 人类制造和使用的第三种人造材料——铸铁，此后是钢 铁工业的迅猛发展，成为18世纪产业革命的重要内容和 物质基础。冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术 之后，铁器时代就到来了。
❖ 世界上最早使用铁器是小亚细亚的赫梯人在公元前1400 年左右，古希腊和古罗马开始普遍使用在公元前1000年。 中国最早在春秋战国－晋国(大致公元前700年)，铁器的 广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域， 生产力得到极大的提高。
P23
1. 绪论
❖ 硅酸盐材料主要是指由SiO2及其硅酸盐化合物为主要成 分制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。
❖ 1、陶瓷
❖ 中国是世界著名的陶瓷古国，早在八千年前的新石器时 代，我国的先民就已经会制造和使用陶瓷了。陶瓷一般 是由黏土、长石、石英或其他原料经粉碎、混合、成型、 干燥、烧制而成的制品的统称。
❖ 人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。纵观 人类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种 重要新材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的 能力提高到一个新 古代的石器、青铜器、铁器等的兴起和广泛利用，极大 地改变了人们的生活和生产方式，对社会进步起到了关 键性的推动作用，这些具体的材料(石器、青铜器、铁 器)被历史学家作为划分某一个时代的重要标志，即石 器时代、青铜器时代、铁器时代等。
2.2对流换热
欧拉准数
Eu p
2
表示(biǎoshì)意义：流体静压头与动压头之比
雷诺准数 Re l 表示意义：表 示流体惯性力与粘滞阻力之比
葛拉晓夫表准示数意义：Gr流体g浮升t2力3l与3 粘滞阻力之比
31
第三十一页，共五十八页。
硅酸盐工业热工基础
（３）热力学相似(xiānɡ sì)
普朗特数
Pr
a
反映流体中由于分子运动而扩散动量的能力，能 力越大，黏性影响传递地越远，流动边界层越厚
αλ α
9
第九页，共五十八页。
解
硅酸盐工业热工基础
A(tair1
ts1)
A ts2 ts1
d
A(ts2
tair 2 )
A[(tair1
tair 2 )
(ts1
ts2 )]
A
ts1
ts2 d
2
(ts1
ts2)
(tair1 tair 2 )
1 2
d
A ts2 ts1
d
A
d
(tair1 tair
硅酸盐工业热工基础
2.2 对流(duìliú)换热
2.2.1 对流换热基本概念
１．对流传(liúchuán)热与对流换热 对流传热：在流体内部依靠流体的宏观位移将热量从高 温处传向低温处 对流换热：流体与固体之间接触时彼此之间的换热过程。
２．对流换热与对流传热的区别 传热的方式不同：对流换热包括流体位移时的对流传热， 也包括传导
竖直圆管、水平圆管；长度、直径等
2、物理条件：说明对流换热过程的物理特征，如：物性参数 、
c 和 的数值，是否随温度 和压力变化；有无内热源、大小和分布
28
热工基础第14章对流换热
液体：
f w
n
气体：
Tf Tw
n气体、
液体：
Pr f Prw
n
3）弯管修正系数
离心力二次环流 换热增强 弯管修正系数R：
气体：R 11.77d R 液体：R 110.3d R3
R—弯管曲率半径,m; d—管直径,m
（三）管内强迫层流换热特征数关联式
1. 对常物性流体在光滑管道内充分发展
的层流换热，Nu数值为常数，大小与Re 无关。当入口段影响较小时：
等壁温边界条件下：Nu f 3.66 常热流边界条件下：Nu f 4.36
2. 如果管道较短，入口段影响不能忽略，
则可以采用席德和塔特提出的公式进行计
算等壁温条件下的平均努塞尔数:
Nu f
单相换热 相变换热
凝结换热 沸腾换热
h湍流 h层流 , h相变 h单相
流体的流动状态
层流时流体的对流换热主要靠导热; 紊流时的对流换热主要靠流体的掺混作 用，主要热阻是层流底层的导热热阻， 但层流底层的导热热阻比层流时的导热 热阻小得多。
对于同种流体，紊流时的对流换热强于 层流时的对流换热。
1. 特征数
平均努塞尔数：反映了流体的对流换热
热阻与导热热阻的的对比关系（待定特征
数）
Nu hl
l——特征长度，单位为m； ——流体的导热系数，单位为W/(m·K)。
四、特征数与特征数关联式
1. 特征数
雷诺数：表征了给定流场的惯性力与其黏性力的 对比关系（已定特征数）
Re vl
普朗特数：它反映了流体的动量扩散能力与其能 量扩散能力的对比关系（已定特征数）
2．先由已知条件计算Re，再根据Re值判断管
硅酸盐工业热工基础课程设计 (2)
硅酸盐工业热工基础课程设计背景介绍硅酸盐是一类广泛应用于建筑、陶瓷、电子、化工等领域的重要材料。
而硅酸盐工业中的热工处理过程对于产品性能和质量的影响非常大，因此热工基础是硅酸盐工业必备的课程之一。
热力学、传热、反应动力学是硅酸盐工业热工处理中不可缺少的知识点。
本课程设计的主要目的是通过设计真实的硅酸盐工业加工流程，帮助学生深入理解热工基础理论，并掌握相关的技术和操作。
课程设计内容本课程设计需要完成以下内容：1.热力学基础实验：设计并实施硅酸盐产品的热力学基础实验，包括热容、热导率、热膨胀系数等参数测量，结果分析与讨论。
2.传热实验：设计并实施硅酸盐产品传热实验。
通过材料的热传导、对流热传输和辐射传热等角度对传热进行分析。
3.反应动力学实验：设计并实施硅酸盐反应的动力学实验，并对反应过程进行分析和讨论。
4.硅酸盐工业热工流程设计：结合上述实验结果，在硅酸盐工业的实际应用场景中，设计热工处理过程。
课程设计的特点本课程的设计特点在于，将传统的理论教学与实践相结合。
通过实验的方式，让学生深刻理解理论知识，同时掌握操作技能。
此外，本课程注重培养学生的实际应用能力。
通过对硅酸盐工业的实际应用场景进行分析和设计，让学生掌握实际应用中需要的知识和技能，并培养学生的创新能力。
可能遇到的困难和解决方法1.材料的获取：硅酸盐材料较为昂贵，需要注意材料的获取和使用，尽可能利用已有的实验室材料。
如果条件允许，可以联合地方科技局进行合作，获取实验材料。
2.实验设备的限制：硅酸盐工业热处理设备较为特殊，需要注意实验设备的限制。
可以通过借用同行的实验设备，或者采用仿真设备进行实验。
3.数据分析和应用：硅酸盐工业的实际应用场景较为复杂，需要注意数据的分析和应用。
可以请专业的硅酸盐工业技术人员进行指导。
结语硅酸盐工业热工基础课程设计是一门重要的应用课程。
通过实验的方式，让学生深刻理解理论，并培养实际应用能力。
此外，需要注意材料和实验设备的获取和限制，并请专业技术人员进行指导。
4.2 硅酸盐工业热工基础-传导传热
t q
q 1
t t t t t1 t2 2 2 3 3 3 4 s1 s2 s3
t1
t2
1
0
t3
3
将上式变形，有
t1 t2 q t 2 t3 q
t3 t4 q
1
s1
2
t4
x
t4
2
3
q t1 t4 s1 s2 s3
s2
s1
t1
q dt dx
含义：物体温度梯度为 1℃/m 时，单位时间、单位面积上的导热量
K) ℃) — 热导率 W/(m· 或 W/(m·
物质的热导率由实验测定，其中，金属热导率 > 合金 > 非金属材料、液体 > 气体
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热工基础—4 传热过程
4.2.2.1 固体的热导率 (1) 金属 λ= 2.3～427 w/m.℃，纯银最大，纯铜、铝次之 特点：t↑, λ↓ λ纯金属 >λ合金
s s ，3 t1 q 1 2 t 1 1 2
s1
将计算出得温度与假设的温度比较，如果误差超过假定温度的 5%，则需要从新计算。
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热工基础—4 传热过程
例题：4-2 设有一窑墙，用黏土砖和红砖两种材料砌成，厚度均为200mm，内壁温度为1200℃ ，外壁温度为100℃，红砖的使用温度为800℃，试求通过每平方米窑墙的热损失及在此 条件下红砖能否使用？ 已知：红砖热导率 t 0.465 0.44 103 t
s1 / 1
s2
t3
s2 / 2
s3
s3 / 3
热工基础——对流换热原理
Nu f Re, Pr
若只是自然对流换热，则化简为
Nu f Gr,Pr
名称 努塞尔数 雷诺数 普朗特数 格拉晓夫 数
常用相似准则
符 定义 意义 号
N l 壁面上流体的无量纲温度梯 u 度
Re wl 惯性力与粘性力之比
v
Pr v
a
动量扩散率与热量扩散率之 比
Gr gl3t 浮升力与粘性力之比
对流换热原理
运动着的流体与固体壁面之间的热传递过程称为对流换热。 对流换热是热对流和热传导两种热传递基本方式同时起作 用的一种复杂的热传递过程。因此,影响对流换热的因素 远比导热要多。
• 第一节 对流换热系数
• 第二节 对流换热过程的数学描述
• 第四节 对流换热过程的实验求解
第一节 对流换热系数
牛顿冷却公式： QA tw t f
自然对流
流体冷、热部分的密度差产生的浮升力引起， 无整齐的宏观运动，浮升力的大小是决定因素。
2. 流体流动的状态
层流
无流体微团的横向脉动，法线方向为导热
过渡状态
紊流
有流体微团的横向脉动
3.流体的热物性 导热系数、比热容c、动力粘度、密度
4.换热壁面的热状态（壁温的大小） 有相变 壁温高于流体饱和温度，发生汽化沸腾现象
现象所服从的基本规律
某一具体的换热现象
对流换热现象 = 对流换热微分方程组 + 单值条件
相似理论 准则方程
3.类比法
将对流换热过程中的热量传递和动量传递相类比，用 数学关系式将两个传递现象联系起来，由流体流动的 阻力规律来求解对流换热规律。
基本规律和基本假设
理论分析或实验测试
《硅酸盐工业热工基础(重排本)》课后答案(第二章)
【解】查表知硅砖的导热系数λ= 0.92 + 0.7×10-3 t W/（m.o C ） 硅砖的平均温度o 121300300800C 22av t t t ++===硅砖的平均导热系数λ = 0.92 + 0.7×10-3 t av = 0.92 + 0.7×10-3 ×800 = 1.48 W/（m.o C ）散热损失量(1300300) 1.481032889W 0.45t t F Q Fλδδλ∆∆-⨯⨯ ====习题【2-2】【解】设硅藻土砖的厚度和导热系数分别为δ1，λ1 红砖的厚度和导热系数分别为δ2，λ2 如果不用硅藻土，红砖的厚度为δ2用红砖替代硅藻土后，要保持炉墙的散热量不变，即保持炉墙的热阻不变 替换前，炉墙热阻12112R δδλλ=+，替换后，炉墙热阻322R δλ= 令R 1=R 2，得312122δδδλλλ+=，则 213210.390.040.250.37 m =370 mm 0.13λδδδλ⨯=+=+=习题【2-3】【解】该拱形窑顶的导热可以视为1/4单层圆筒壁的导热查表知耐火粘土砖的导热系数λ= 0.835+ 0.58×10-3 t W/（m.o C ） 耐火粘土砖的平均温度o 12700100400C 22av t t t ++===硅砖的平均导热系数λ = 0.835 + 0.58×10-3 t av = 0.835 + 0.58×10-3 ×400 = 1.067 W/（m.o C ） 根据单层圆筒壁的传热量公式可得每米窑长拱顶散失热量21117001004197W/m 10.850.23144lnln 2 1.06710.852t Q d ld ππλ∆-=== +⨯⨯【解】该管道的导热为双层圆筒壁的导热，可用公式1111()21ln n ni i ii t t lQ r r πλ++=-⨯=∑进行计算，其中t 1=300o C ，t 3=50o C ；λ1=50 W/（m.o C ），λ2=0.1 W/（m.o C ）； r1=0.0825 m ，r 2=0.0875 m ，r 3=0.1825 m 。
硅酸盐热工基础
硅酸盐热工基础
硅酸盐热工基础是指与硅酸盐材料相关的热工学基本知识和技术应用。
硅酸盐是一类由硅氧化合物和金属氧化物组成的化合物，常用于陶瓷、建筑材料、搪瓷等工业领域。
硅酸盐热工基础涉及的内容包括：
1. 硅酸盐的物理性质和热力学性质：硅酸盐材料的物理性质，如密度、热导率、热膨胀系数等，以及热力学性质，如热容、热吸收等。
2. 硅酸盐的热工过程：硅酸盐在加热和冷却过程中的热力学和热传导过程，包括传热和传质。
3. 硅酸盐材料的热工性能：硅酸盐材料在不同温度下的热膨胀性能、热稳定性能、高温抗氧化性能等。
4. 硅酸盐材料的加工和应用：硅酸盐材料的加工技术和应用领域，如烧结技术、陶瓷制造、建筑材料的应用等。
硅酸盐热工基础在陶瓷工程、矿业工程、建筑材料工程等领域具有重要的应用价值，在材料的制备、改性和性能优化等方面发挥着关键的作用。
硅酸盐工业热工基础国传热基本概念PPT课件
4.1传热基本概念
酸
盐
工
传热 热量传递的过程
业
热 工
基本条件 物体间存在温度差
基 础
q k t Rt
低温端
高温端
1
第1页/共12页
硅
酸 盐
（1） 传导传热：依靠物体微观粒子的热运动而传递热量。
工 业
特点：
热
物体各部位不发生宏观相对位移
工
基
础 热量从铁丝的高
温端传递到低温端，
但铁丝外观未变化。
1
定义：温度场中，两等温面间温度差与其法线方向
两等温面间距离比值的极限。
1
第9页/共12页
硅
数学表达式：
酸
t-Δt t t+Δt
盐 工
gradt t n
(℃/m)
业
热
工
单向稳定温度场：
基
础
gradt dt (℃/m)
dx
注意：温度梯度方向
指向温度升高方向，
与热流方向相反
1
第10页/共12页
硅
酸 盐
第2页/共12页
（2）对流传热：依靠流体质点的宏观位移而传热。
硅
酸
单纯对流传热 发生于流体内、流体之间
盐
工
对流换热
流体与固体表面之间的传热
业
热
工
基 础
火焰通过周围气体 的运动对流能将热
量从周围向其它地
方传递
1
第3页/共12页
（3）辐射传热：不借助于媒介物，热量以热射线形式从
硅 酸
高温物体传向低温物体
盐
工
业
热
工
基
础
硅酸盐工业热工基础第一章
a
)(
3
z22
3
z12
)
炉门平均流量系数
B 炉门宽度，m z1 , z2 炉门上下缘距离零压面的距离，m
热工过程与设备
第一章
3
z22
3
z12
3 2
H
z0
[1
1( 96
H z0
)2
]
3 2
H
z0
V 2 B
3
2g( a ) 3 H
2
z0
F 2gz0( a )
F 炉门面积，m2 z0 炉门中心线至零压面距离，m
②冷气体自上而下流动时： 内容
垂直分散气流法则：垂直通道中，使热气体自上而下流动， 冷气体自下而上流动。
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
热工过程与设备
分散垂直气流法则适用条件
几何压头起主要作用的通道
热工过程与设备
第一章
1.2 窑炉系统内的气体流动
熟练
Ø不可压缩气体的流动 掌握
了解
Ø可压缩气体的流动
了解
Ø气体射流
面测得高压空气压强分别为P1=12at，P2=10at （1at=98070Pa ），1处流速w1 =1000m/s,温度
t1=27℃，求喷嘴出口速度w2为多少？。
1
2
2
P w2
1
C
1 2
例题解
热工过程与设备
第一章
设静止流体参数：Is，Ts，ws 0
则：Is C
可压缩气体流动与不可
压缩气体区别显著。不
gz1 (
a )
P0
w02 2
gz0 (
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所以
Re
dw
0.02 997 0.4 90.27 105
8836
过渡流
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= 997kg/m3 25mm 89mm
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热工基础—4 传热过程
校正系数
Prf Prw
0.11
修正系数。
……(4-55)
适用条件： 2300 Re f 104;
1.5 Prf 500,
0.05 Prf 20 Prw
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热工基础—4 传热过程
(4) 流体掠过平板湍流流动
计算公式为：
Num
(0.037
Re
0.8 m
0.023 d
wd
0.8
cp 0.4
… …
※(4-50)
※
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热工基础—4 传热过程
0.023
d
wd
0.8
cp
0.4
…… ※(4-49) ※
定性条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。
适用条件：
① 湍流区 Ref > 104 。 过渡区需乘以校正系数 f
13 :
2030
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不适合长管
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热工基础—4 传热过程
(3) 流体在圆管内过渡流流动 ① 对气体
计算公式为：
Nu f
0.0214(Re0f.8
100)
Pr
0.4 f
1
d l
2 3
Tf Tw
0.45
Tf Tw
0.45
修正系数。
……(4-54)
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热工基础—4 传热过程
(2) 流体流动的动力
① 自然流动：由于流体内部温度不同导致密度不同而引起的流动 ② 强制流动：受外力影响产生的流动
(3) 流体的物理性质
影响因素有：① 比热容 ：比热越大热流量越大 ② 密 度：密度越大热流量越大 ③ 热导率 ：热阻小，热流量越大 ④ 粘 度：粘度越大热流量越小
面之间温度差为1℃时，通过单位面积的热量。 计算中，将影响 Q 的全部因素归结到 ，使计算公式简化。
牛顿冷却定律也可以写成下面形势：
Q
t 1
A
……(4-42)
由该形式看出对流换热热阻为 1/ A ，计算对流换热问题主要是确定换热系数
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热工基础—4 传热过程
4.3.3 对流换热特征数方程
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热工基础—4 传热过程
MT 3q 1 A(L)2 (ML3)b (L1MT 1)c (LMT 3q 1)d (LT 1)e (L2T 2q 1) f (LT 2 )
根据量纲的和谐型有：
对于M： 1 b c d 对于L： 0 a 3b c d e 2 f i 对于T： 3 c 3d e 2 f 2i 对于q： 1 d f
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热工基础—4 传热过程
(2) 流体在圆管内层流流动 计算公式为：
Nu f
1.86(Re f
Prf
)0.33
d l
1
3
f w
0.14
f w
0.14修正系数。
……(4-53)
定性条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。
适用条件：
Re f
Prf
d l
10, Re f
④ Gr-格拉晓夫数
Gr
l3
2 gt 2
Gr Pr > 109 为自然对流的湍流状态。
表示意义：表示流体浮升力与粘性力之比。表示流体自然流动对对流传热的影响。 在自然对流中相当于强制对流的雷诺数，Gr 越大，自然对流越强烈。
(3) 定性温度与定性尺寸
定性温度：决定准数中物理参数值的所选定温度。
常用定性温度选取原则是选有代表性的温度
Q — 对流换热量，W； tf — 固体壁面温度，℃； tW — 周围流体温度，℃； A — 流体与固体接触的面积，m2； — 对流换热系数，W/(m2·℃)；
Q
tA
……(4-41)
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热工基础—4 传热过程
(2) 的意义 是代表对流换热能力大小的一个物理量。表示单位时间内，当流体与固体壁
(4) 换热面的形状和位置 上一内容 下一内容 回主目录
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热工基础—4 传热过程
4.3.2 对流换热的基本定律
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热工基础—4 传热过程
4.3.2 对流换热的基本定律 (1) 牛顿冷却定律 换热的热流量 q 与固体壁面面积和流体之间温度差成正比。
Q (tw t f ) A tA ……(4-40)
…… ※(4-49) ※
w0 — 标况下，流体在管道内的流速， m / s d — 管道内径或当量直径， m
An — 因流体种类而异的系数
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热工基础—4 传热过程
例题：4-8
某水泥厂从窑抽风供煤磨使用，已知热风管长 30m ，直径0.4m ，热风管内的平均 流速为 12m/s ，热风进口温度为 400℃，出口温度为360℃，求热风管内平均对流换热 系数，热风散热量及管壁平均温度。
f
1
6 105 Re1f.8
1
பைடு நூலகம்
6 105 88361.8
0.953
管壁对水的对流换热系数为
0.023 d
wd
0.8
cp
0.4
f
0.023
0.608 0.02
88360.8
90.27
105 60.8
4.179 102
103
0.4
0.953
1981 W/(m2·℃)
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热工基础—4 传热过程
4.3.4 对流换热的计算
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热工基础—4 传热过程
4.3.4 对流换热的计算
强制对流换热
对流换热计算
自然对流换热
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① 湍流√
圆管内 ② 层流√ ③ 过渡流 ×
掠过平板 ① 湍流√ ② 层流√ 流体外掠单管√ 一些经验公式 ×
解：管道中热风平均温度为
tf
400 360 2
380
℃
空气在 380 ℃ 时的物性参数为
Cp= 1063 J/kg·℃ =0.0508 W/m·℃ n = 59.5×10-6m2/s
= 0.54 kg/m3
Re f
wd
n
12 0.4 59.5 106
8.08104
湍流
Prf
cp
0.677
或者：
Nu f (Re, Pr,Gr) ……(4-46)
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热工基础—4 传热过程
4.3.3.4 特征数的物理意义 特征数：具有一定物理意义的无因次数群。
① Nu-努赛尔数
Nu l / l 1/
表示意义：表示对流换热强烈程度的一个 准数。又表示传导热阻与对流 热阻之比。
热工基础—4 传热过程
4.3 对流换热
4.3.1 对流换热的基本概念 4.3.2 对流换热的基本定律 4.3.3 对流换热的特征数方程 4.3.4 对流换热量的计算
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热工基础—4 传热过程
4.3.1 对流换热的基本概念
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热工基础—4 传热过程
适用条件： 2300 Re f 106;
0.6 Prf 1.5,
0.5 Tf 1.5 Tw
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热工基础—4 传热过程
② 对液体
计算公式为：
Nu f
0.012(Re0f.87
280)
Pr
0.4 f
1
d l
2 3
Prf Prw
0.11
4.3.1 对流换热的基本概念 4.3.1.1 对流换热
定义：流体和固体壁面直接接触时彼此之间的热交换过程。
① 流体的热对流
对流换热
② 流体分子间的导热
4.3.1.2 对流换热的影响因素
(1) 流体的流动状态 上一内容 下一内容
① 层流：热量传递——热传导
② 湍流：热量传递——热传导、对流传热
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解上面4式消去4个未知数，并代回到原式得：
l
A
l
w
e
cp
f
l gt 2
i
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热工基础—4 传热过程
l
A
lw
e
cp
f
l gt 2
i
Nu
Re
pr
l3 3gt 2
Gr
特征数方程式就是：
Nu ARee Pr f Gri ……(4-45)
p=100kPa的饱和水蒸气冷凝，冷却水在内管中渡过，进口温度为15℃，出口为85℃。 冷却水流速为0.4m/s，试求管壁对水的对流传热系数。
解：此题为水在圆形直管内流动 定性温度 t =(15+35)/2 = 25℃