对流传热系数
对流传热系数计算公式_传热系数计算公式
对流传热系数计算公式_传热系数计算公式
一、计算公式如下
1、围护结构热阻的计算
单层结构热阻
R=δ/ λ
式中：
δ—材料层厚度（ m）
λ—材料导热系数 [W/m.k]
多层结构热阻
R=R1+R2+---- Rn=δ1/ λ1+δ2/ λ2+ ---- +δn/ λn 式中: R1、 R2、---Rn —各层材料热阻（ m2.k/w）
δ1 、δ2 、 ---δn—各层材料厚度（ m）
λ1 、λ2 、 ---λn—各层材料导热系数 [W/m.k]
2、围护结构的传热阻
R0=Ri+R+Re
式中: Ri —内表面换热阻（ m2.k/w）（一般取 0.11）
Re—外表面换热阻（ m2.k/w）（一般取 0.04）
R —围护结构热阻（ m2.k/w）
3、围护结构传热系数计算
K=1/ R0
式中: R0 —围护结构传热阻
外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算
Km=KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 / Fp + Fb1+Fb2+Fb3
式中:
Km—外墙的平均传热系数 [W/（m2.k） ]
Kp—外墙主体部位传热系数 [W/（ m2.k）]
Kb1、Kb2、 Kb3—外墙周边热桥部位的传热系数 [W/（ m2.k）] Fp—外墙主体部位的面积
Fb1、 Fb2、Fb3—外墙周边热桥部位的面积
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
对流换热系数经验公式
对流换热系数经验公式流换热系数是热工学中重要的参数之一，用于描述流体与固体之间传热的能力。
在工程实践中，经验公式被广泛应用于估算流换热系数。
这些公式基于大量实验数据和数学模型的结果，可以在不需要复杂计算和精确数据的情况下，快速估算流换热系数。
常见的流换热系数经验公式可以分为两类：表观流换热系数经验公式和基本流换热系数经验公式。
表观流换热系数经验公式是根据表面上特定的物理现象和实验数据建立的。
这种公式主要用于估算被表面积限制而产生强制对流的情况下的流换热系数。
其中最著名的公式是Dittus-Boelter公式。
这个公式适用于流体为与壁面接触时液体或气体的传热，是工程实践中常用的公式之一、Dittus-Boelter公式的形式如下：Nu=0.023*Re^0.8*Pr^0.3其中Nu是表观流换热系数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数。
雷诺数是流体动量与粘性之比的无量纲数，普朗特数是冲击与传导传热之比的无量纲数。
这个公式适用于在平直管内被流体完全充满的情况下。
另一个常见的表观流换热系数经验公式是Sieder-Tate公式，用于粗糙管内的对流传热计算。
Sieder-Tate公式的形式如下：Nu=(f/8)*(Re-1000)*Pr/(1+12.7*(f/8)^0.5*(Pr^(2/3)-1))其中f是摩擦系数，由Darcy方程计算，Re是雷诺数，Pr是普朗特数。
这个公式主要用于对流传热比较复杂的状况。
基本流换热系数经验公式是根据流体与固体之间传热机理的基本原理建立的。
这种公式适用于在不同传热条件下的流换热系数估算。
其中最著名的公式是Nu-Prandtl公式和Churchill-Bernstein公式。
Nu-Prandtl公式适用于流体被不同形状物体包围的情况下。
公式的形式如下：Nu=C*Re^m*Pr^n其中Nu是流换热系数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数，C、m和n是经验系数。
这个公式的系数可以根据实验数据和数值方法进行拟合获得。
如何计算对流传热系数
tmlt1nt1t2
653045.3C ln65
t2
30
t 15 → 90 △t 65 30
Q m s 1 c p 1 ( T 1 T 2 ) m s 2 c p 2 ( t2 t 1 ) K tm A
4 m s 1 0 c p 1 7 m s 2 5 c p 2 4 .8 8 4 .3 5 A (1)
2
T
Q' Q ?
1
T1=63℃
t2 mh1=30000kg/h
m’h1=15000kg/h
T1=63℃
mh1=15000kg/h
t3
2 1
T’2 t2
t1 mh2=20000kg/h
单独进行计算
Q'Q1Q2 ?
Q1 KAtm
16
二、管外强制对流
1、流体绕单根圆管的流动情况
（a）流动情况 （b）对流传热系数变化情况 （图中αp表示局部对流传热系数，α表示平均对流传热系数）
②其它参数一定，u一定， α与d的0.2次方成反比，改变管 径对α的影响不大。
③其它参数一定，V一定， α与d的1.8次方成反比，改变管 径，缩小管径将使 α ↑。
u 0.8
d 0.2
12
【补例】列管换热器的列管内径为15mm，长度为2.0m。管 内有冷冻盐水（25%CaCl2）流过，其流速为0.4m/s，温度自 -5℃升至15℃。假定管壁的平均温度为20℃，试计算管壁与 流体间的对流传热系数。
8
§4-17 流体做强制对流时的 对流传热系数
一、流体在圆形直管内强制对流传热
经验关联式为： Nu0.02Re30.8prn
或
0.02d3du0.8cpn
对流换热计算式范文
对流换热计算式范文流体换热是工程领域中经常遇到的问题，涉及到不同温度流体之间的热量传递。
在实际应用中，有几种常见的换热计算式，包括传热功率、传热系数、对流热流密度等。
下面将详细介绍这些计算式。
1.传热功率（Q）：传热功率是指单位时间内从源体传递给流体的热量，可以通过以下公式计算：Q=m*Cp*(T2-T1)其中，m为流体的质量流率（kg/s），Cp为流体的比热容（J/(kg·℃)），T2和T1分别为流体的出口温度和入口温度（℃）。
2.对流换热系数（h）：对流换热系数表示流体与固体表面之间传热的效率，可以通过以下公式计算：Q=h*A*(T2-T1)其中，Q为传热功率（W），A为热传导面积（m²），T2和T1为流体的出口温度和入口温度（℃）。
3.对流热流密度（q）：对流热流密度是指单位面积上的传热功率，可以通过以下公式计算：q=Q/A其中，q为对流热流密度（W/m²），Q为传热功率（W），A为热传导面积（m²）。
在实际应用中，还需要考虑到流体的物理性质和流动状态等因素。
4.流体物性的影响：流体的物理性质，如密度、比热容、导热系数等，会对换热过程产生影响。
例如，传热功率的计算中，流体的比热容是一个重要的参数，其数值会影响到传热功率量值的大小。
5.流体流动状态的影响：流体的流动状态也会对换热过程产生影响。
例如，当流体以层流状态流动时，传热系数较小；而当流体以湍流状态流动时，传热系数较大。
因此，在实际计算中，需要根据具体条件来确定使用相应的计算公式。
在工程实践中，可以通过实验方法或数值模拟方法来确定换热计算式中所需的参数值。
实验方法可以通过测量流体流动的温度和压力变化来获得换热系数等参数。
数值模拟方法则可以通过建立数学模型和求解相应的方程来进行换热计算。
总之，流体换热是一个复杂的工程问题，涉及多个参数和变量。
了解和熟练运用换热计算式对于工程领域中的换热问题有着重要的意义。
表面对流传热系数计算
表面对流传热系数计算
表面对流传热系数是指在单位时间内，通过单位表面积的热量与表面温度梯度之间的比例关系。
计算表面对流传热系数的方法取决于表面的形状、流体的性质以及流动条件。
以下是一些常见的计算表面对流传热系数的方法：
1. 牛顿冷却定律法：牛顿冷却定律是最基本的传热计算方法之一。
它基于实验数据或经验关联式，通过测量表面温度和流体温度来计算传热系数。
这种方法简单易用，但通常适用于简单形状的表面和特定的流动条件。
2. 类比法：类比法是利用相似表面或流动条件下已有的传热系数数据来估算目标表面的传热系数。
这种方法基于经验或相似性原则，适用于相似的几何形状和流动情况。
3. 数值计算方法：随着计算机技术的发展，数值计算方法如有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）被广泛应用于复杂表面和非稳态传热问题的求解。
这些方法通过对表面和流体进行离散化，求解能量方程来获得传热系数。
4. 理论分析法：对于一些简单的几何形状和理想流动条件，可以通过理论分析来推导传热系数的表达式。
例如，对于平板表面的强制对
流，可用努塞尔数（Nusselt number）和雷诺数（Reynolds number）之间的关系来计算传热系数。
需要注意的是，以上方法仅提供了一些常见的计算表面对流传热系数的途径，具体的计算方法应根据实际情况选择适当的公式或模型，并结合实验验证来确保准确性。
在实际应用中，还需要考虑表面粗糙度、流体物性、边界条件等因素对传热系数的影响。
对流传热系数经验关联式
(
w
)0.14
适用范围：Re= 2×103～106
特征尺寸：当量直径de
(a)
de
4(t
2
4
d02
)
d0
(b)
de
4(
3 2
t
2
4
d02
)
d0
16
1.3 流体无相变时的对流传热
流速u根据流体流过的最大截面积A计算
A hD(1 d0 ) t
h——相邻挡板间的距离 D——壳体的内径
三、自然对流
Nu cGr Pr n
1.13( g 23
1
)4
Lt
适用范围：Re<2100
特征尺寸：垂直管或板的高度，m
定性温度：
取ts下的值，其余取 tm
1 2 (ts
tw)
19
1.4 流体有相变时的对流传热
Re deu
4A W bA
4W b
4M
M—冷凝负荷，kg/(m·s)
液膜为湍流(Re＞2100)
0.0077
2 g3 2
浮升力：(1 2 )g [2 (1 t) 2 ]g 2gt 5. 传热面的形状、布置和大小
3
1.1 影响对流传热系数的主要因素
圆形直管
管内弯管
无相变强制对流管外非换横圆热向形器流管管过间
自然对流
有相变蒸液汽体冷沸凝腾
4
1.2 对流传热系数经验公式的建立
一、无相变强制对流的影响因素
f (l、、、、cp、u)
通过因次分析，得准数关系式：Nu f (Re、Pr )
二、无相变自然对流的影响因素
f (l、、、、cp、gt)
准数关系式：Nu (Gr、Pr )
第五节 对流传热系数chuanre-5
1/3
四. 蒸汽冷凝传热系数
1. 蒸汽冷凝的方式
⑴膜状冷凝：若冷凝液能润湿壁面，在壁面上形成一层
完整的液膜 — 膜状冷凝
特点：冷凝膜是蒸汽冷凝
传热的主要热阻
⑵滴状冷凝：冷凝不能润湿壁面，
则在壁面上形成液膜
滴状冷凝的传热系数较膜状
冷凝要大的多
2. ⑴蒸汽在垂直管外或垂直板侧的冷凝
α
=
1.13(
rg
ρ
由 Q = α iπ di L(tw − tm )
L
=
α iπ
Q di L(tw
−
tm )
=
270 47.3 × 3.14 × 0.02(140
−
20 ×100)
= 1.2
m
2
判 断 L = 1.12 = 60 di 0.02
2. 圆形直管内的强制层流
α
= 1.86 λ
1
Re3
1
Pr 3
( di
1
例：常压空气在内径为20mm管内由20o C被加热到100o C，
空气的流速为10m/s，试求管壁对空气的对流传热系
数
α
，
i
如
果
内
壁
温
度
为140
o
C，
则
求
管
长
。
求：⑴ αi ⑵ L
解：⑴
定性温度
tm
=
20
+ 100 2
=
60o C
查常压空气 ρ = 1.06kg / m3, μ = 2.01×10−2 cP
∴ (ρ1 − ρ2 )g = [ρ2 + ρ2βΔt − ρ2 ]g = ρ2βΔtg
对流传热系数
依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。
这是热量传递的三种基本方式之一。
化工生产中处理的物料大部分是流体，流体的加热和冷却都包含对流传热。
在化工生产中，对流传热在习惯上专指流体与温度不同于该流体的固体壁面直接接触时相互之间的热量传递。
这实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程。
例如间壁式换热器中的流体与间壁侧面之间的热量传递，反应器中固体物料或催化剂与流体之间的热量传递，都是这样的传热过程。
类型按流体在传热过程中有无相态变化，对流传热分两类：①无相变对流传热。
流体在换热过程中不发生蒸发、凝结等相的变化，如水的加热或冷却。
根据引起流体质点相对运动的原因，对流传热又分自然对流和强制对流。
自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动（如散热器旁热空气的向上流动）；强制对流是流体在外力（如压力）作用下产生的流动。
强制对流时流体流速高，能加快热量传递，因而工程上广泛应用。
②有相变对流传热。
流体在与壁面换热过程中，本身发生了相态的变化。
这一类对流传热包括冷凝传热和沸腾传热。
对流传热机理流体的运动对传热过程有强烈影响。
当边界层中的流动完全处于层流状态时，垂直于流动方向上的热量传递虽然只能通过流体内部的导热，但流体的流动造成了沿流动方向的温度变化，使壁面处的温度梯度增加，因而促进了传热。
当边界层中的流动是湍流时，壁面附近的流动结构包括湍流区、过渡区和层流底层。
湍流区垂直于流动方向上的热量传递除了热传导外，主要依靠不同温度的微团之间剧烈混合，即依靠对流传热。
此传递机理与湍流区中的动量传递机理十分类似。
垂直于流动方向上的热量通量为：式中εh称涡流热扩散系数(与流体的流动状况有关)；λ为热导率;cp、ρ分别为流体的等压比热容和密度;dT/dy为垂直于流动方向的温度变化率。
由于εh一般比λ大得多,故湍流区的对流传热热阻很小,所以此区的温度下降也很小。
在层流底层中热量传递只能靠热传导。
由于流体的热导率一般很小,所以即使该层很薄,仍是传热过程的主要热阻，相应的温度下降很大。
对流传热系数实验报告
对流传热系数实验报告实验目的：理解对流传热的物理机理和影响因素。
掌握对流传热系数的测定方法。
实验原理：对流传热是指通过流体和固体之间的接触面传递热量的方式。
在对流传热过程中，除了温度差之外，还有一些其他因素会影响传热效率，比如流体速度、流体性质等。
实验中测定对流传热系数通常采用被动式方法，即通过测量不同环境温度下物体表面温度的变化来计算得到。
根据牛顿冷却定律，当一个物体表面受到周围介质（如空气）的冷却时，在稳态下，其表面温度T与周围介质温度T0之间满足以下关系：Q=hA(T-T0)其中h为对流传热系数，A为物体表面积，Q为单位时间内从物体表面散失的能量。
实验步骤：将被测物体放置在室温环境中，并记录室温。
记录初始时刻被测物体表面温度T1。
打开风扇，使空气流动并通过被测物体表面。
记录被测物体表面温度T2，以及空气流速、环境温度等参数。
根据实验数据计算出对流传热系数h。
实验结果与分析：本次实验中，我们选择了一个小球作为被测物体。
使用数字温度计可以精确地测量其表面温度，并根据风扇的转速调节流速。
在实验过程中，我们记录了不同环境温度和风扇转速下的数据，并计算得到对应的对流传热系数。
根据实验结果可以发现，对流传热系数与环境温度和风扇转速都有关系。
随着环境温度升高和风扇转速加快，对流传热系数也会增大。
这是因为在较高的温度和较快的流速下，空气分子之间的热运动更加活跃，导致能量更容易从物体表面向周围环境散失。
同时，在实验过程中我们还发现了一些误差来源，比如数字温度计不稳定、风扇受外界影响等。
这些误差会影响到最终测得的对流传热系数的精度和准确性。
结论：本次实验通过测定小球表面温度的变化，得到了不同环境温度和风扇转速下的对流传热系数。
实验结果表明，对流传热系数与环境温度和风扇转速有关系，并且存在一定误差来源。
这些结果可以为理解对流传热机理、设计和优化传热设备提供参考。
对流换热系数经验公式
对流换热系数经验公式
对流换热系数经验公式根据不同情况可以有多种表达方式。
以下是几种常见的对流换热系数经验公式：
1. 冷却水对流换热系数经验公式：
h = 0.023 * (Re^0.8) * (Pr^0.3) * (μ/μw)^0.14 * (λ/λw)^0.38 * λw/D
其中，h为换热系数（W/m^2·K），Re为雷诺数，Pr为普朗特数，μ为流体动力粘度（Pa·s），μw为水的动力粘度，λ为流体导热系数（W/m·K），λw为水的导热系数，D为特征尺寸。
2. 空气对流换热系数经验公式：
h = 10.45 - 7.45 * (V^0.33)
其中，h为换热系数（W/m^2·K），V为速度（m/s）。
3. 冷凝换热系数经验公式：
h = (m·l) / (A·ΔT)
其中，h为换热系数（W/m^2·K），m为冷凝质量流量
（kg/s），l为冷凝潜热（J/kg），A为换热面积（m^2），ΔT 为温度差（K）。
这些公式都是经验公式，需要根据具体的应用情况和实验数据进行修正和调整。
实际工程中，可能还有其他特定领域的经验
公式。
对于特定应用，最好根据实际情况进行实验或模拟研究，以获得更准确的换热系数。
45对流传热系数详解
6）传热面的形状，大小和位置 ➢ 形状：如管、板、管束等； ➢ 大小：如管径和管长等； ➢ 位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排
列）；管或板是垂直放置还是水平放置。
二、对流传热过程的量纲分析
量纲分析法：
1）实验和理论结合的方法，目的是减少变量数，从而减 少实验次数；
2）物理方程两边量纲必相等—因次一致性原则； 3）任一方程均可用一幂函数逼近。
a c 2e f b 1 c d 2e f g 3e f 1
从而
=Amc-2e-fl1-ccpcr2e+f(bgDt)eufl3e+f-1
l l
A(
ulr m
)
f
(
r
2l 3bgDt m2
)e
(
mc l
p
)c
讨论：
Nu=ARefGrePrc
（1）无量纲特征数的个数等于变量数减去基本单位数—
（1）汽泡产生的条件 问题：为什么汽泡只在加热面个别地方产生？ 过热度：Dt=tW－ts 汽化核心：一般为粗糙加热面的细小凹缝处 汽化核心生成汽泡长大脱离壁面新汽泡形成
搅动液层
（2）沸腾曲线 a）自然对流阶段 Dt<5 C b）核状沸腾阶段 25C > Dt>5C c）不稳定膜状沸腾 25C > Dt>5C
例如： 圆管内强制对流：取管内径 非圆管内强制对流：取当量直径
传热当量直径：
de
4 流动截面积 传热周边
在不同情况下，会有不同的准数关联式：
无相变时
强制对流 自然对流
有相变时
蒸汽冷凝 液体沸腾
相变 > 无相变
四、有相变时的对流传热系数
对流传热系数的测定实验报告
对流传热系数的测定实验报告对流传热系数的测定实验报告一、引言热传导是物质内部热量传递的一种方式，而对流传热是物质表面与流体之间热量传递的一种方式。
对流传热系数是衡量对流传热能力的重要参数，它与流体性质、流动状态、表面特性等因素密切相关。
本实验旨在通过测定不同流体在不同流动状态下的对流传热系数，探究其变化规律。
二、实验装置和方法实验装置主要包括热传导仪、热电偶、温度计、流量计等。
在实验过程中，我们选择了水和空气作为流体介质，分别进行了静止状态和流动状态下的测定。
三、实验结果与分析1. 静止状态下的测定首先，我们将热传导仪放入水中，使其温度稳定在一定值。
然后，通过热电偶和温度计测定水的表面温度和流体温度。
根据实验数据，我们计算得到了水的对流传热系数。
接着，我们将热传导仪放入空气中，同样进行了温度测定。
通过对比水和空气的对流传热系数，我们发现空气的对流传热系数要远小于水的对流传热系数。
这是因为水的导热性能较好，能够更有效地传递热量。
2. 流动状态下的测定接下来，我们改变了实验装置，使流体产生流动。
通过调节流量计和阀门，我们控制了水的流速，并进行了温度测定。
根据实验数据，我们计算得到了不同流速下的对流传热系数。
通过对比不同流速下的对流传热系数，我们发现随着流速的增加，对流传热系数也随之增加。
这是因为流速的增加会增加流体与表面的接触面积，从而增加热量传递的效率。
四、实验误差分析在实验过程中，由于设备精度和操作技巧等因素的限制，可能会引入一定的误差。
例如，温度测量时由于热电偶的位置不准确或者温度计的示数偏差，都会对最终的结果产生影响。
此外，实验中还存在着一些难以控制的因素，比如流体的湍流程度、表面粗糙度等。
这些因素的变化也会对对流传热系数的测定结果造成一定的影响。
五、实验结论通过本实验的测定，我们得出了以下结论：1. 对流传热系数与流体介质的性质密切相关，导热性能较好的介质对流传热系数较大。
2. 对流传热系数与流体流动状态有关，流速的增加会使对流传热系数增加。
4.5_对流传热系数
n
流体无相变时，对流传热系数的关联式 (2) 流体在圆形直管内作强制层流
使用准数关联式时,需要注意以下几点:
1 应用范围：Re，Pr等准数的应用范围
2 定性温度： 决定准数中各物性的温度
（1） 取平均温度 t=(t1+t2)/2
（2） 取壁面的平均温度 tw
（3） 取流体和壁面的平均温度(膜温)
a c 2e f b 1 c d 2e f g 3e f 1
从而
=Amc-2e-fl1-ccpcr2e+f(bgDt)eufl3e+f-1
l
r 2 l 3 b gDt e mc p c A( ) ( ) ( ) 2 l m m l
强 > 自
6）传热面的形状，大小和位置 形状：如管、板、管束等；
大小：如管径和管长等；
位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形 排 列）；管或板是垂直放置还是水平放置。
二、对流传热过程的量纲分析
量纲分析法：
1）实验和理论结合的方法，目的是减少变量数，从而减 少实验次数；
2）物理方程两边量纲必相等—因次一致性原则；
2 3
1 4
或
* 1.88 Re 1 / 3
适用条件：Re<2100
湍流 或
rr gl 0.068 mlDt
2 3
1 3
0.0077 Re 0.4
适用条件：Re>2100 特性尺寸l：管或板高H 定性温度： 蒸汽冷凝潜热 r 取其饱和温度 t0下的值， 其余物性取液膜平均温度（膜温 ）。
tm=(tw+t)/2
表面传热系数和对流传热系数的区别
表面传热系数和对流传热系数的区别表面传热系数和对流传热系数是热传导和对流传热两种方式中的重要参数。
在热传导过程中，物体表面与周围介质之间的热量传递需要通过表面传热系数来描述；而在对流传热过程中，热量的传递则需要通过对流传热系数来描述。
本文将分别介绍表面传热系数和对流传热系数的概念、计算方法以及影响因素。
一、表面传热系数表面传热系数是指单位面积上的热量通过单位时间内从物体表面传递到周围介质的能力。
在热传导过程中，物体表面与周围介质之间的热量传递主要通过热传导实现。
表面传热系数与热传导性能有关，通常用符号h表示。
表面传热系数的计算方法主要有经验公式法和换热器法。
经验公式法是通过实验测定得到的经验公式来计算表面传热系数，适用于一些常见的传热情况。
而换热器法则是通过构造一个等效的换热器来计算表面传热系数，适用于一些复杂的传热情况。
表面传热系数的大小受多种因素影响，包括物体表面的性质、介质的性质、流体的速度等。
物体表面的性质包括表面的粗糙度、表面的形状等，一般来说，表面越粗糙、形状越复杂，表面传热系数就越大。
介质的性质包括介质的热导率、热容等，介质的热导率越大，表面传热系数就越大。
流体的速度也是影响表面传热系数的重要因素，一般来说，流体的速度越大，表面传热系数就越大。
二、对流传热系数对流传热是指热量通过流体传递的过程，是自然对流和强制对流两种方式的总称。
对流传热系数是指单位面积上的热量通过单位时间内从物体表面传递到流体中的能力。
对流传热系数与流体性质、流动状态以及物体表面性质等因素有关，通常用符号α表示。
对流传热系数的计算方法主要有经验公式法、数值模拟法和实验测定法。
经验公式法是通过实验测定得到的经验公式来计算对流传热系数，适用于一些常见的传热情况。
数值模拟法则是通过数值模拟计算来获得对流传热系数，适用于一些复杂的传热情况。
实验测定法是通过实际的实验测量来获得对流传热系数，是最直接、最准确的方法。
对流传热系数的大小受多种因素影响，包括流体的性质、流体的速度、物体表面的性质等。
如何计算对流传热系数
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
1
§4-15 影响对流传热系数的因素
一、引起流动的原因
1 强制对流：通过外力对流体作功迫使流体流动 2 自然对流：由于流体内部存在温度差而引起的流动 设ρ1、 ρ2 分别代表温度为t1、t2两点流体的密度，β为其平均 体积膨胀系数；
②其它参数一定，u一定， α与d的0.2次方成反比，改变管 径对α的影响不大。
③其它参数一定，V一定， α与d的1.8次方成反比，改变管 径，缩小管径将使 α ↑。
u0.8
d 0.2
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
10
（4）过渡流(Re=2000~10000) 因湍流不充分，滞流内层较厚，故热阻大而值减小，此时 算得的值须乘以小于1的校正系数f
f 1 6105 Re1.5 （5）圆形弯管 离心力作用 扰动加剧 α↑
乘以校正系数 1 1.77 d
R
（6）非圆形管道
两个途径： ⅰ、当量直径 ⅱ、直接根据有关经验公式计算
12
【补例】列管换热器的列管内径为15mm，长度为2.0m。管 内有冷冻盐水（25%CaCl2）流过，其流速为0.4m/s，温度自 -5℃升至15℃。假定管壁的平均温度为20℃，试计算管壁与 流体间的对流传热系数。
解：定性温度=(-5+15)/2=5 ℃
有关手册查得5℃时25% CaCl2的物性为
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3、列管式换热器
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
总传热系数和对流传热系数的关系
总传热系数和对流传热系数的关系
总传热系数和对流传热系数是热传递领域中常用的两个概念。
总传热系数是指在热传递过程中，热量通过各种传热方式的总和。
对流传热系数是指在热传递过程中，通过对流传递热量的能力。
在许多热传递问题中，我们需要确定总传热系数和对流传热系数之间的关系，以便更好地理解热传递过程并进行相关计算。
总传热系数和对流传热系数之间的关系取决于流体的物性、流动速度、传热表面的几何形状和表面温度等因素。
在强迫对流条件下，总传热系数与对流传热系数具有线性关系。
此外，总传热系数还受到传热表面的热阻影响。
在实际应用中，可以通过测量传热系统的温度差和热通量，计算总传热系数和对流传热系数，并确定它们之间的关系。
这种方法在工程领域中广泛应用于热交换器、加热器和冷却器等设备的设计和优化。
总之，总传热系数和对流传热系数是热传递领域中非常重要的概念，它们之间的关系是理解和计算热传递过程的关键。
在实际应用中，我们可以通过测量和计算来确定它们之间的关系，并使用这些结果进行相关的工程设计和优化。
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广州大学学生实验报告
开课学院及实验室： 年 月 日
学院
化学化工
年级 专业
化学112
姓名
韦高威
学号 1105100053
实验课程名称 化工基础实验 成绩 实验项目名称
对流传热系数测定实验
指导老师
一、 实验目的 二、 实验原理 三、 使用仪器与材料 四、 实验步骤
五、 实验数据记录与处理 六、 实验结果及分析
一、实验目的
1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法
2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径
3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用
4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容
1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1
2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’
3、回归α1和α1’联式4
.0Pr
Re ⋅⋅=a
A Nu 中的参数A 、a
4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失
二、实验原理
间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。
由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。
1）寻找影响因素
物性：ρ，μ ，λ，cp 设备特征尺寸：l 操作：u ，βgΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，cp ，l ，u ，βgΔT ） 2）量纲分析
ρ[ML-3]，μ[ML-1 T-1]，λ[ML T -3 Q-1]，cp [L2 T-2 Q-1]，l[L] ，u[LT-1]， βgΔT [L T -2]， α[MT-3 Q-1]]
3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量
α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ cp: Pr ＝cp μ/λ βgΔT : Gr ＝βgΔT l3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=223,,μρβλμμρλαtl g c lu F l
p 6）实验
Nu ＝ARea Prb Grc
强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： m t A K t T t T t T t T A K Q ∆⋅⋅=-----⋅=111
22112211
1ln
)
()(
热量衡算方程：
)()(12322111t t c q T T c q Q p m p m -=-=
圆管传热牛顿冷却定律：
2
2112211
22211221121
1ln )
()(ln )()(w w w w w w w w T T T T T T T T A t t t t t t t t A Q -----⋅=-----⋅=αα 圆筒壁传导热流量：)]/()ln[)()()/ln(11221122121
2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----⋅-⋅=δλ
空气流量由孔板流量测量：54
.02.26P q v ∆⨯= [m 3h -1，kPa]
空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃] 三、实验流程
1、蒸汽发生器
2、蒸汽管
3、补水漏斗
4、补水阀
5、排水阀
6、套管换热器
7、放气阀
8、冷凝水回流管
9、空气流量调节阀 10、压力传感器 11、孔板流量计 12、空气管 13、风机
图1、传热实验流程
套管换热器内管为φ27×3.5mm 黄铜管,长1.25m,走冷空气，外管为耐高温玻璃管，壳程走100℃的热蒸汽。
进、出口温度由铂电阻（Pt100）测量，使用时测温点位于管道中心。
壁温1、壁温2由热电偶测量，测温点通过锡焊嵌入管壁中心，测量值为壁中心温度。
蒸汽发生器加热功率为1.5kW ，变频器为西门子420型，风机为XGB 型旋涡气泵，最大静风压17kPa ，最大流量100 m3/h 。
此外，还用到了北京化工大学化工原理实验室开发的数据采集与控制软件。
四、实验操作
1、检查蒸汽发生器中的水位，约占液位计高度4/5左右，如不够需加水；
2、按下总电源、加热器、风机绿色按钮，开仪表开关，等待20分钟套管间充满水蒸汽；
3、约到15分钟时，观察壁温1、壁温2的变化以及水蒸汽的滴状冷凝情况；
4、当有蒸汽和不凝性气体从套管间排出时，全开流量调节阀，用鼠标点击上图中绿色按钮启动风机预热设备
5分钟；
5、通过计算机间隔3～4Hz 调节频率10→50→10Hz ，每个点稳定约1.5分钟记录数据，注意随时查看结果，
K=m=0.69477, logA=-1.08467,所以A=0.0823,得4.069477.0Pr Re 0823.0 Nu
压差P
入口温度T1
出口温度T2
壁面Tw
Tm V20 Vs,l Vs,m
u
3.85 36.8 67.5 99.3 52.15 0.01469
4 0.01511 0.016486 52.5040
1
3.35 35.2 68.3 99.3 51.75 0.01370
7 0.01405
8 0.01532
48.7894
1
2.97 37.5 67.9 99.3 52.7 0.01290
6 0.01328
6 0.014521 46.2449
6
2.58 36.1 67.2 99.4 51.65 0.01202
9 0.01235
5 0.01346
42.8659
5
2.05 35.3 67.1 99.4 51.2 0.01072
2 0.01099
9 0.011966 38.1078
4 1.62 34.6 67.2 99.4 50.9 0.00953
2 0.00976
6 0.010615 33.8064
3 1.22 33.8 67.7 99.3 50.75 0.00827
2 0.00846
4 0.009196 29.2856
6 0.83 33
68.3
99.3
50.65 0.00682
3
0.00697
2
0.007573 24.1164
3
Q
ai Nu Re Pr Nu/Pr0.4
592.5875 200.129
5 149.3504 65771.1
6 0.701 172.154
8 593.7111 198.822
3 148.3748 61117.9
1 0.701 171.030
3 516.8442 176.609
5
131.7981 57930.5
2
0.701 151.922
5 490.111
163.441
2
121.971
53697.6
7
0.701
140.594
9
445.5158 147.182
6 109.8378 47737.2
4 0.701 126.609 405.171133.02699.273242348.9
0.701 114.431
2 2 7 1 4
364.9861 119.7092 89.3352
2
36685.8
0.701
102.975
9 312.9748 102.4394 76.44729 30210.3
7
0.701
88.1200
8
K=m=0.88926,logA=-2.04789,所以A=0.009,得4.0009.0.0Pr Re 88926.0=Nu
七、思考题
1、本实验中管壁温度应接近蒸汽温度还是空气温度？为什么？
答：管壁的壁温接近蒸汽温度，因为蒸汽的传热膜系数较大，壁温更接近于传热膜系数大的一面。
2、蒸汽发生器中的水是循环利用的，为什么每次实验还检查液位补水？
答：因为有部分蒸汽从排气孔向外排出了。
因此实验设备里的总水量减少了，所以要在下次实验前加水补液位。
3、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α的关联式有无影响？说明原因。
答：由公式n
m
A Nu Pr Re =，发现其变量均与压强的值无关，故采用不同的蒸汽压无影响。
4、水蒸汽的温度是100℃，管道尺寸是φ27×3.5mm ，结合实验数据， （1）计算套管换热器总传热系数K1，
（2）计算空气一侧的热阻1/α1占总热阻1/ K1的百分比。
答：（1）
1/a2=(T-Tw)/q=(100-99.8)/558.3=0.00036, 1/a1= (tw-t)/q=(100.1-46.95)/558.3=0.095,
d/λ=0.0035/0.028=0.125则K=1/(1/a1+1/a2+ d/λ)=4.54
(2) 1/a1/(1/ K)= 0.095*4.54=0.4313=43.13%
5、结合实验数据分析，假如空气入口温度不变、蒸汽温度不变，空气流量增大后，壁温和出口温度有什么
变化？（提示：
)
(4
1212111t t c u d t A Q p m -⋅⋅⋅=
∆⋅⋅=ρπ
α）
答：
)
(4
1212111t t c u d t A Q p m -⋅⋅⋅=
∆⋅⋅=ρπ
α，A1不变，而传热系数α正比于流速，空气流量增大后u
增大，Q 不变，则△tm 减小，进口温度又不变，所以出口温度减小。