化工原理二对流传讲义热系数电子教案
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对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定 性影响的特性尺寸L来表示其大小。
（5）是否发生相变
主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。一般情ห้องสมุดไป่ตู้下，有相变化时对 流传热系数较大。
7
一、实验原理
4、获得给热系数的方法
① 解析法：对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算 方程和速率方程，在少数简单的情况下可以联立求解流场的温 度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律 的形式，获得给热系数的理论计算式。这是对流给热过程的解 析解。这是一个复杂的过程，一般用于理论讨论。
15
实验五 对流传热系数的测定 三、实验目的
1．掌握对流传热系数的测定方法。 2．测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强
制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式， 以检验通用的对流传热准数关联式。 3.了解对流传热系数的影响因素和强化传热的 途径。
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实验五 对流传热系数的测定 四、测量参数
2
一、实验原理
热流体到壁面或壁面到冷流体的热量传递过程
3
一、实验原理
2、对流传热过程的数学描述
流体被冷却时， dQa(TTw)dS
流体被加热时 dQa(TwT)dS
上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果，它
只是一种推论，是一个实验定律，假设Q∝t。对流传热
是一个非常复杂的物理过程，实际上由于有效膜厚度难 以测定，牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的 数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程
Q K S tm W C pt出 t进
tm
T t出 T t进
T ln
t出
T t进
Q iS tm W cC p c(t出 t进 )
i
W C pt出 t进V s C pt出 t进
s tm
s tm
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的i，整理出不同流速下的Nu准数与Re准数
化工原理二对流传热 系数电子教案
实验五 对流传热系数的测定 一、实验原理
1、对流传热过程分析
对流传热（对流给热）是指流体中质点发生相对位移而 引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动 状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共 同作用的结果。工业生产中大量遇到的是流体流过固体表 面时与固体表面间发生的热量交换。这一过程称为对流给 热。
之间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
13
实验五 对流传热系数的测定
（2）Re与Nu的计算
Redu 4V ds 1.274V ds
i
i
Nu
i di
（3）流量的测量和密度的计算
Vs Vo
go s
1.293273paRp
760273t
14
实验五 对流传热系数的测定 二、实验内容
测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热 器中的进、出口温度，求得空气在管内的对 流传热系数。
的因素都归结到了当中──复杂问题简单化表示。
4
一、实验原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降 也最大。
（3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层 的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
1 1 1 K i o
若一侧的对流传热系数远小于另一侧的对流传热系数时，
如 ao ai
影响很小，K
值，接则近K1小的a1i对, K流传ai热。系说数明值很。大换的句对话流说传，热总系热数阻对由K热值阻得
大的那一侧的对流传热系数所决定。
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实验五 对流传热系数的测定
(1)对流传热系数的计算
根据传热速率方程和热量衡算式有如下关系
变量总数：共8个 因次分析之后，所得准数关联式中共有4个无因次数群
（由定理 8-4 = 4 ）
因次分析结果如下： N uC R ePrkG rg
10
11
实验五 对流传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热 加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系：
② 数学模型法：对给热过程作出简化的物理模型和数学描述 ，用实验检验或修正模型，确定模型参数。
③ 因次分析法：将影响给热的因素无因次化，通过实验决定 无因次准数之间的关系。这是理论指导下的实验研究方法，在 对流给热中广为使用。
④ 实验法：对少数复杂的对流给热过程适用。
8
一、实验原理
5、对流传热系数经验关联式的建立
1． 蒸汽发生器 2．压力表 3．安全阀 4．套管换热器 5．放气阀 6．压力表 7．转子流量计 8．旁通阀 9．风机 10．冷凝水放水阀 11．冷凝水收集罐
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
传热边界层的导热处理。必须指出是不存 在的，为了处理问题而假设的。
5
一、实验原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导
流量 压强 温度 管子尺寸
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实验五 对流传热系数的测定
五、实验所需仪器设备
（1）套管换热器：光滑管：螺旋槽管： （2）风机型号：D2—4型微音气泵； （3）铜电阻：Cu50型； （4）蒸汽发生器； （5）流量计； （6）压差计。
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六、实验流程图
Ｔ 3 1
4
2
p
5 Ｔ
10
6
7
p
8
11
9
由于对流传热本身是一个非常复杂的物理问题， 现在用牛顿冷却定律把复杂问题简单表示，把复杂问 题转到计算对流传热系数上面。所以，对流传热系数 大小的确定成为了一个复杂问题，其影响因素非常多。 目前还不能对对流传热系数从理论上来推导它的计算 式，只能通过实验得到其经验关联式。
9
一、实验原理
因次分析法
＝f(u，l，，，cp，，g，t) 基本因次，共4个，长度L，时间T，质量M，温度t
热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。
湍流：质点充分混合且层流底层变薄，较大；但Re动
力消耗大。
6
一、实验原理
（4）传热面的形状、大小和位置
不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离， 产生旋涡，增加湍动，使增大。 （1）形状：比如管、板、管束等； （2）大小：比如管径和管长等；D/L越小，湍动程度越小 （3）位置：比如管子得排列方式
（5）是否发生相变
主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。一般情ห้องสมุดไป่ตู้下，有相变化时对 流传热系数较大。
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一、实验原理
4、获得给热系数的方法
① 解析法：对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算 方程和速率方程，在少数简单的情况下可以联立求解流场的温 度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律 的形式，获得给热系数的理论计算式。这是对流给热过程的解 析解。这是一个复杂的过程，一般用于理论讨论。
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实验五 对流传热系数的测定 三、实验目的
1．掌握对流传热系数的测定方法。 2．测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强
制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式， 以检验通用的对流传热准数关联式。 3.了解对流传热系数的影响因素和强化传热的 途径。
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实验五 对流传热系数的测定 四、测量参数
2
一、实验原理
热流体到壁面或壁面到冷流体的热量传递过程
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一、实验原理
2、对流传热过程的数学描述
流体被冷却时， dQa(TTw)dS
流体被加热时 dQa(TwT)dS
上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果，它
只是一种推论，是一个实验定律，假设Q∝t。对流传热
是一个非常复杂的物理过程，实际上由于有效膜厚度难 以测定，牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的 数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程
Q K S tm W C pt出 t进
tm
T t出 T t进
T ln
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Q iS tm W cC p c(t出 t进 )
i
W C pt出 t进V s C pt出 t进
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通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的i，整理出不同流速下的Nu准数与Re准数
化工原理二对流传热 系数电子教案
实验五 对流传热系数的测定 一、实验原理
1、对流传热过程分析
对流传热（对流给热）是指流体中质点发生相对位移而 引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动 状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共 同作用的结果。工业生产中大量遇到的是流体流过固体表 面时与固体表面间发生的热量交换。这一过程称为对流给 热。
之间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
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实验五 对流传热系数的测定
（2）Re与Nu的计算
Redu 4V ds 1.274V ds
i
i
Nu
i di
（3）流量的测量和密度的计算
Vs Vo
go s
1.293273paRp
760273t
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实验五 对流传热系数的测定 二、实验内容
测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热 器中的进、出口温度，求得空气在管内的对 流传热系数。
的因素都归结到了当中──复杂问题简单化表示。
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一、实验原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降 也最大。
（3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层 的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
1 1 1 K i o
若一侧的对流传热系数远小于另一侧的对流传热系数时，
如 ao ai
影响很小，K
值，接则近K1小的a1i对, K流传ai热。系说数明值很。大换的句对话流说传，热总系热数阻对由K热值阻得
大的那一侧的对流传热系数所决定。
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实验五 对流传热系数的测定
(1)对流传热系数的计算
根据传热速率方程和热量衡算式有如下关系
变量总数：共8个 因次分析之后，所得准数关联式中共有4个无因次数群
（由定理 8-4 = 4 ）
因次分析结果如下： N uC R ePrkG rg
10
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实验五 对流传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热 加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系：
② 数学模型法：对给热过程作出简化的物理模型和数学描述 ，用实验检验或修正模型，确定模型参数。
③ 因次分析法：将影响给热的因素无因次化，通过实验决定 无因次准数之间的关系。这是理论指导下的实验研究方法，在 对流给热中广为使用。
④ 实验法：对少数复杂的对流给热过程适用。
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一、实验原理
5、对流传热系数经验关联式的建立
1． 蒸汽发生器 2．压力表 3．安全阀 4．套管换热器 5．放气阀 6．压力表 7．转子流量计 8．旁通阀 9．风机 10．冷凝水放水阀 11．冷凝水收集罐
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
传热边界层的导热处理。必须指出是不存 在的，为了处理问题而假设的。
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一、实验原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导
流量 压强 温度 管子尺寸
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实验五 对流传热系数的测定
五、实验所需仪器设备
（1）套管换热器：光滑管：螺旋槽管： （2）风机型号：D2—4型微音气泵； （3）铜电阻：Cu50型； （4）蒸汽发生器； （5）流量计； （6）压差计。
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六、实验流程图
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p
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由于对流传热本身是一个非常复杂的物理问题， 现在用牛顿冷却定律把复杂问题简单表示，把复杂问 题转到计算对流传热系数上面。所以，对流传热系数 大小的确定成为了一个复杂问题，其影响因素非常多。 目前还不能对对流传热系数从理论上来推导它的计算 式，只能通过实验得到其经验关联式。
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一、实验原理
因次分析法
＝f(u，l，，，cp，，g，t) 基本因次，共4个，长度L，时间T，质量M，温度t
热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。
湍流：质点充分混合且层流底层变薄，较大；但Re动
力消耗大。
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一、实验原理
（4）传热面的形状、大小和位置
不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离， 产生旋涡，增加湍动，使增大。 （1）形状：比如管、板、管束等； （2）大小：比如管径和管长等；D/L越小，湍动程度越小 （3）位置：比如管子得排列方式