如何计算对流传热系数ppt
第四节对流传热
含义
Nu
Re Pr Gr
L
lu
表示对流传热系数的准数
流体的流动状态和湍动程 度对对流传热的影响
Re
Cp
普兰特数 (Prandtl number)
格拉斯霍夫数 (Grashof number)
Pr
2
表示流体物性对对流传热 的影响
表示自然对流对对流传热 的影响
Gr
l g t
l —特征尺寸
基本因次:长度L,时间 ,质量 M,温度T 变量总数:8个 由定律(8-4)=4,可知有4个无因次数群。
l
lu C p l g t K 2
3 2 a b c
Nu K Re Pr Gr
☺思考:与u、d有何比例关系?
0 . 023
d ( du
)
0 .8
(
cp
u
0 .8 0 .2
) 0 . 023
n
u d
0 .8 0 .2
0 .8
cp
0 .8
n
1 n
di
提高管内对流传热系数的措施: • u,u0.8 • d, 1/d0.2 • 流体物性的影响,选大的流体 •强化措施:增大流速,减小管径
第四节
给热系数
一、对流传热速率方程—牛顿冷却定律
Q At t 1 A
—牛顿冷却定律
热流体:
Q T A T TW
冷流体: Q t A t W t
牛顿冷却定律存在的问题:
Q
对流传热系数公式
对流传热系数公式对流传热系数是研究传热问题中的一个重要参数,它描述了流体和固体之间传热的能力。
在工程和科学领域中,对流传热系数的计算和应用具有广泛的应用。
本文将介绍对流传热系数的定义、计算方法以及影响其数值的因素。
一、对流传热系数的定义对流传热系数是指单位面积上单位时间内通过对流传热而传递的热量与温度差之比。
它通常用符号h表示,单位为W/(m^2·K)。
对流传热系数的数值越大,表示流体与固体之间传热的能力越强。
二、对流传热系数的计算方法对流传热系数的计算方法主要有经验公式法和实验测定法。
1. 经验公式法经验公式法是根据大量实验数据得到的经验公式来估算对流传热系数。
常用的经验公式有Dittus-Boelter公式、Churchill-Bernstein 公式、Sieder-Tate公式等。
这些公式通常依赖于流体性质、流动速度、流动状态以及传热表面的几何形状等因素。
2. 实验测定法实验测定法是通过实验直接测定对流传热系数的数值。
常用的实验方法有热平衡法、电阻法、热电偶法等。
这些实验方法可以根据具体情况选择合适的方法来进行对流传热系数的测定。
三、影响对流传热系数的因素对流传热系数的数值受到多个因素的影响,主要包括以下几个方面:1. 流体性质流体性质是影响对流传热系数的重要因素之一。
不同流体的传热特性不同,例如气体的传热性能通常较差,而液体的传热性能较好。
此外,流体的物理性质如密度、导热系数、粘度等也会影响对流传热系数的数值。
2. 流动速度流动速度是影响对流传热系数的另一个重要因素。
一般来说,流速越大,对流传热系数越大。
这是因为流体在高速流动时,会产生较大的摩擦和湍流,从而增强了传热的能力。
3. 流动状态流动状态是指流体的流动形式,可以分为层流和湍流两种。
在层流状态下,流体沿着固体表面形成规则的层流运动,传热较为有序。
而在湍流状态下,流体运动混乱,传热更为强烈。
一般来说,湍流状态下的对流传热系数要大于层流状态下的对流传热系数。
如何计算对流传热系数PPT课件
流体被加热时n=0.4;冷却时n=0.3
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9
若使用条件不满足上述条件时,需修正:
(1)对于短管
当
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: Nu 0.023Re0.8 prn
或
0.023
d
du
0.8
cp
n
使用范围: Re 104 0.6 pr 160
从分发展段以后: 管长与管径之比 l d 50
如何计算对流传热系数
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§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;
0.14
(3)管内层流
当液体被冷却时
w
0.14
0.95
层流 导热 自然对流 α↓ p226式5-65和式5-66
对流传热→要求强化→避免层流
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对流传热系数详解课件
利用粒子图像测速系统,结合温度 测量技术,获取流体的速度场和温 度场分布,从而计算对流传热系数 。
数值模拟优化
计算流体动力学(CFD)
通过建立流体的数学模型,利用计算机模拟流体的流动和传热过 程,优化对流传热系数的预测。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习算法,对大量历史数据进行分析和学习, 提高对流传热系数的预测精度。
通过对流传热系数的测量和评估,可 以合理设计建筑外围护结构,提高建 筑物的保温、隔热性能,降低建筑能 耗,同时为建筑环境设备如空调系统 的优化提供依据。
能源利用与节能
在能源利用与节能领域,对流传热系数是评估能源转换和利用效率的关键参数。在燃烧、热力发电等 过程中,对流传热系数的优化有助于提高能源转换效率。
在工业热力过程中,对流传热系数的大小直接影响到换热 器的设计、热能利用率以及工业设备的性能。通过研究和 优化对流传热系数,可以提高工业生产的效率和能源利用 水平。
建筑环境与设备工程
在建筑环境与设备工程中,对流传热 系数是评估建筑外围护结构热工性能 的重要参数。外围护结构的传热性能 直接影响到建筑物的能耗和室内环境 舒适度。
多物理场耦合模拟
考虑流体的多物理场特性,如流动、传热、化学反应等,进行耦合 模拟,以更准确地模拟对流传热过程。
强化传热技术
01
02
03
表面强化技术
通过改变流体接触面的材 料和结构,如采用粗糙表 面、微细沟槽或添加增强 材料,提高传热效率。
插入物强化技术
在流道中插入导热性能良 好的材料或结构,如肋片 、螺旋线圈等,增加传热 面积和传热速率。
经验公式法通过对大量实验数据进行统计分析,得出对流传热系数的计算公式。 这些公式通常基于一些物理参数,如流体的性质、温度、压力等。使用经验公式 法可以快速估算对流传热系数,但精度受到实验数据和经验总结的限制。
化工原理传热精品-PPT
主要内容
4、1 概述 4、2 热传导 4、3 对流传热概述 4、4 对流传热系数关联式 4、5 传热过程计算 4、6 辐射传热 4、7 换热器
2
基本要求
了解热传导基本原理,掌握傅立叶定律及平壁、圆筒 壁得热传导计算;
了解对流传热得基本原理、牛顿冷却定律及影响对流 传热得因素;掌握对流传热系数得物理意义和经验关联 式得用法、使用条件及注意事项;
Sm 2rmL
Sm
S2 S1 ln S2 / S1
圆筒壁得 对数平均
半径
rm
r2 r1 ln r2
r1
注:当 r2/r1<2时,可用算术平均值代替对数平均值。 44
2、多层圆筒壁得热传导
假设层与层之 间接触良好,即互 相接触得两表面温 度相同。
图4-12 多层圆筒壁热传导
45
2、 多层圆筒壁得热传导
微分导 热速率
dQ dS t
n
Q与温度 梯度方向
相反
导热系 数
温度梯 度
傅立叶定律表明导热速率与 温度梯度及传热面积成正比,而 热流方向却与温度梯度相反。
Δn ət/ən Q
32
3、 导热系数
dQ dS t
q t
n n
① 在数值上等于单位温度梯度下得热通量,故物质得
越大,导热性能越好。
② 是物质得固有性质,是分子微观运动得宏观表现。
加热剂
适用温度,℃
冷却剂 适用温度,℃
热水 饱和蒸汽 矿物油 联苯混合物 熔盐 烟道气加热剂
40~100 100~180 180~250 255~380(蒸汽) 142~530 ~1000
水 空气 盐水
0~80 >30 0~-15
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 )
化工原理第四章对流传热41页PPT
Re
lu
普兰德数 (Prandtl number)
Pr c p
表示惯性力与粘性力之比, 是表征流动状态的准数
表示速度边界层和热边界层 相对厚度的一个参数,反映
与传热有关的流体物性
影响 较大的物性常数有:,, Cp ,。 (1)的影响 ; (2)的影响 Re ;
(3)Cp的影响 Cp 则单位体积流体的热容量大,
则较大; (4)的影响 Re 。
2020/3/29
3、流动型态 【层流】主要依靠热传导的方式传热。由于流体的
导热系数比金属的导热系数小得多,所以热阻大。
【湍流】由于质点充分混合且层流底层变薄,较大
2020/3/29
2、有效膜模型
(1)流体与固体壁面之间存在一个厚度为bt的虚拟 膜(流体层),称之为有效膜; (2)有效膜集中了传热过程的全部传热温差的以及 全部热阻,在有效膜之外无温差也无热阻存在(所 有的热量传递均产生在有效膜内); (3)在有效膜内,传热以热传导的方式进行。
2020/3/29
2020/3/29
二、对流传热速率方程 1、什么是模型法
【定义】把复杂问题简单化、摒弃次要的条件,抓 住主要的因素,对实际问题进行理想化处理,构建 理想化的物理模型,获得某一过程的有关规律。具 体方法为: (1)对过程进行合理的简化; (2)获得物理模型(构象); (3)对物理模型进行数学描述,获得有关规律。
过程的因素都归结到了当中。
2020/3/29
三、影响对流传热系数的因素
1、引起流动的原因 【自然对流】由于流体内部存在温差引起密度差形
成的液体内部环流,一般u较小,也较小。
【强制对流】在外力作用下引起的流动运动,一般u
较大,故较大。因此:
《相变对流传热》PPT课件
qm r2 2.82 3 1 1 53 30 0 7 1.2 5 13 04.5kg/h
26
精选ppt
7.3 膜状凝结影响因素及其传热强化
7.3.1膜状凝结影响因素
不凝结气体
由于不凝结气体形成气膜,故:
1) 蒸气要扩散过气膜,形成阻力;
2) 气膜导致蒸气分压力降低,从而使 ts 降低:
蒸气过热度
要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。实验证实,h-h’ 代 替 r 即可
28
精选ppt
液膜过冷度及温度分布的非线性
用r’ 代替计算公式中的 r:
r r 0 .6 c p ( t 8 s tw ) r 1 0 .6 J 8 a
管子排数n 理论上,n排管束换热只需将d nd ,
但由于凝结液落下时要产生飞溅以及对 液膜的冲击扰动,会使 h 增大; 同一铅垂面内,随着液膜的积累,h减 小。故前面推导的横管凝结换热的公式 只适用于单根横管。
t t
2t
u
x
v
y
al
y2
➢ 考虑假设⑦忽略蒸气密度; ➢ 考虑假设⑤之考虑导热
10
精选ppt
➢只有u 和 t 两个未知量,故控制方程简化为:
l
g
l
2u y 2
0
a
l
2t y 2
0
➢边界条件:
y0时,u0, t tw
y
时,du dy
0,
t ts
11
精选ppt
求解与结果 ➢流速u
由
根据能量守恒定律,微元体
rdqmdx
dqm
gl2 l
2
d
d x
rg ll 2l dl tstwdx
如何计算对流传热系数
如何计算对流传热系数要计算对流传热系数,需要考虑以下几个因素:对流形式、流体性质、流动特性、传热表面特性等。
下面将详细介绍如何计算对流传热系数。
1. 对流形式:对流传热的形式一般分为自然对流和强制对流两种。
自然对流是指无外力作用下由温度差引起的流动;强制对流是指外力(如风扇或泵)作用下引起的流动。
对于自然对流,最常用的是格拉斯豪数(Grashof number)和普朗特数(Prandtl number);对于强制对流,最常用的是雷诺数(Reynolds number)。
2.流体性质:流体的性质如密度、导热系数、比热容等也会影响对流传热系数的计算。
这些性质可以根据实验数据或理论计算来确定。
3.流动特性:流体流动的速度和状态(层流或湍流)也是计算对流传热系数的重要因素。
层流是指流体流动平稳、无涡流、速度分布均匀的状态;湍流则是指流体流动不稳定、呈现涡流、速度分布不均匀。
根据雷诺数的大小,可以确定流动状态,从而计算对流传热系数。
4.传热表面特性:传热表面的形状、粗糙度以及传热界面的温度差等也会影响对流传热系数的计算。
表面形状如管道、板式、球等可以通过具体的传热器件设计参数获得。
表面粗糙度可以通过实验或经验公式获得。
温度差可以通过热传导计算得到。
根据以上几个因素,对流传热系数可以使用以下公式进行计算:对于自然对流:Nu=C*Gr^m*Pr^n其中,Nu为对流传热系数,C为经验系数,Gr为格拉斯豪数,Pr为普朗特数,m和n为根据具体问题确定的常数。
对于强制对流:Nu=C*Re^m*Pr^n其中,Nu为对流传热系数,C为经验系数,Re为雷诺数,Pr为普朗特数,m和n为根据具体问题确定的常数。
经验系数C通常通过实验数据和经验公式进行确定。
格拉斯豪数、雷诺数和普朗特数可以通过流体性质、流动特性和传热表面特性进行计算。
通过实验和模拟计算,可以逐步优化上述公式中的常数,以使计算结果更接近实际情况。
最后,通过上述方法计算得到的对流传热系数是近似值,实际传热过程受到很多因素的影响,因此在具体工程应用中应根据实际情况进行修正。
冷流体的对流传热系数
目录
第一节 热传导 第二节 对流传热 第三节 传热过程计算 第
一、对流传热的分析 ? 对流传热是依靠流体质
冷流体
点的移动进行热量传递,
与流体的流动状况密切相关。
传热壁
?T
? 湍流主体:温度梯度小,热对流
? 层流内层:温度梯度大,3 热传导 tW
TW
? 过渡区:热传导兼有热对流 t
3
?t A2 A1
热流体
T
第二节 对流传热
一、对流传热的分析 热量的传递过程:
冷流体 传热壁
热流体
?热流体湍流主体 T ?经层流内层至壁面温度 Tw ?经传热壁面热传导 tw ?经冷流体层流内层、过渡4 区至 tW
?T T
TW
冷流体湍流主体温度 t
4
t ?t A2 A1
第二节 对流传热
二、对流热流量方程和对流传热系数
二、对流热流量方程和对流传热系数 牛顿冷却定律描述了复杂的对流传热过程的速率关 系,将所有影响对流传热热阻的因素都归入到对流
传热系数? 中。 ? 的大小反映了该侧流体对流传热过程的强度。
6
表4-1列出几种对流传热下对流传热系数的范围。
6
第二节 对流传热
三、影响对流传热系数的主要因素 ? 流体的种类和相变化的情况。
热流体一侧:Q ? ? 1 A1(T ? TW ) 冷流体一侧:Q ? ? 2 A2 (tW ? t)
牛顿冷却定律
式中: Q ── 对流传热速率,W;
? 1 、 ? 2 ── 热、冷流体5的对流传热系数,W/(m2·K);
T 、TW、t、tW ── 热、冷流体的平均温度及平均壁温, ℃。
5
第二节 对流传热
传热与流体流动数值计算(1~3章)-PPT精选文档
• 可以代表无因次的变量 • 热、质传递,流体流动,紊流以及有关的一些现 象的所有有关微分方程都可以看成通用方程的一 个特殊情况;可以只编写一个求解通用方程的程 序,对不同意义的 重复使用这个程序; • 对不同的 需要对相应的和S分别赋以各自合适 的表达式,同时给出合适的初始条件和边界条件。
坐标的合适选择
恰当明智地选择坐标系统有时可以减少所需要的自变量数。 并非只能使用直角坐标系,任何一种描述空间位置的方式都 是可以采用的。 例子: –1. 在一个静止的坐标系上看以恒定速度飞行的飞机 周围的流体流动是非稳态的;但是相对于固定在飞机 上的移动坐标系而言,流动是稳态的。 –2. 在一圆管内的轴对称流动于直角坐标系内是三维 的,但在r,θ,z的圆柱极坐标系内则是二维的。 –3. 坐标变换可能用来进一步减少自变量数量。 –4. 改变因变量可能导致自变量数目的减少。
恰好在第三项之后截断级数,两方程相加相减得到:
3 1 d 2x dx 2
d 2 1 3 2 2 dx 2 ( x )2 2 代入微分方程就推出有限差分方程。
假设:φ的 变化多少 有点像x的 一个多项 式,从而 高阶导数 项不那么 重要。
传热与流体流动的数值计算
[美] S.V. 帕坦卡 著 同济大学机械工程学院 朱 彤
本课程学习内容
• • • • • • • 物理现象的数学描述 离散化方法 扩散项处理 对流与扩散 流场的计算 湍流数学模型 Fluent基础知识介绍
参考书目
• 传热与流体流动的数值计算——[美] S.V. 帕坦卡 • 湍流——是勋刚 • 湍流计算模型——陈义良 • 数值传热学——陶文铨
其中h是比焓,k是导热系数,T是温度,Sh是容积发热率
对流传热系数
伴性遗传与人类遗传病【母题来源一】2019年全国普通高等学校招生统一考试理综生物(全国Ⅰ卷)【母题原题】某种二倍体高等植物的性别决定类型为XY型。
该植物有宽叶和窄叶两种叶形,宽叶对窄叶为显性。
控制这对相对性状的基因(B/b)位于 X 染色体上,含有基因 b 的花粉不育。
下列叙述错误的是A.窄叶性状只能出现在雄株中,不可能出现在雌株中B.宽叶雌株与宽叶雄株杂交,子代中可能出现窄叶雄株C.宽叶雌株与窄叶雄株杂交,子代中既有雌株又有雄株D.若亲本杂交后子代雄株均为宽叶,则亲本雌株是纯合子【答案】 C【解析】 XY型性别决定的生物中,基因型XX代表雌性个体,基因型XY代表雄性个体,含有基因 b 的花粉不育即表示雄配子X b不育,而雌配子X b可育。
由于父本无法提供正常的X b配子,故雌性后代中无基因型为X b X b的个体,故窄叶性状只能出现在雄性植株中, A 正确;宽叶雌株的基因型为X B X-,宽叶雄株的基因型为X B Y,若宽叶雌株与宽叶雄株杂交,当雌株基因型为X B X b时,子代中可能会出现窄叶雄株X b Y,B 正确;宽叶雌株与窄叶雄株,宽叶雌株的基因型为X B X-,窄叶雄株的基因型为X b Y,由于雄株提供的配子中X b不可育,只有 Y 配子可育,故后代中只有雄株,不会出现雌株, C 错误;若杂交后代中雄株均为宽叶,且母本的X b 是可育的,说明母本只提供了X B配子,故该母本为宽叶纯合子, D 正确。
故选 C。
【母题来源二】2019 年全国普通高等学校招生统一考试生物(江苏卷)【母题原题】下图为某红绿色盲家族系谱图,相关基因用Bb表示。
人的 MN血型基因位于常染色体上,基X 、X因型有 3种: L M L M( M型)、 L N L N( N型)、 L M L N( MN型)。
已知 I-1 、 I-3 为 M型, I-2 、 I-4 为 N型。
下列叙述正确的是A.Ⅱ -3 的基因型可能为L M L N X B X BB.Ⅱ -4 的血型可能为 M型或 MN型C.Ⅱ -2 是红绿色盲基因携带者的概率为1/2D.Ⅲ -1 携带的 X b可能来自于 I-3【答案】 AC【解析】红绿色盲为伴X 染色体隐性遗传,Y 染色体不含有其等位基因;男性的色盲基因来自于母亲,只能遗传给女儿,而女性的色盲基因既可以来自于母亲,也可以来自于父亲,既能遗传给女儿,也能遗传给儿子。
5-5对流传热系数
管内与管外等
5.有相变与无相变: cp或汽化潜热r
f ,,c p或r,,l,u或tg
定理: 无因次数群个数 变量数7 基本因次数4 3个
无因次数群:
一、实验法求
Nu
l
-----努塞尔数,表示导热热阻与对流热阻之比
Pr c p
-----普朗特数,反映物性的影响。 一般地,气体的Pr<1,液体的Pr>1
膜温
tm
t壁
t主体 2
Re ul
或Gr
tgl3 2 2
二、各种情形下的经验式
(一) 无相变时
1 、 管 内 层 流---传热主要以导热方式为主(有时有自然对流)
时
Nu 1.86(Re Pr d )1/3 ( )0.14
使用范围为:
l w
(5-65)
J1
Hale Waihona Puke 1J2A1 12
J1 J2 1
A2 21
空间热阻
J2
1
2
T1
J1
T2
三、两灰体组成的封闭体系的辐射传热速率
Q12
1
Eb1 Eb2
11 12
推动力 辐射热阻
(2)流体横向流经管束(管簇)的传热:
Nu=C1C2 Ren Pr0.4
式(5-71)
管子排布方式并 错
排 排
: :
I II III
I II III IV
(3)流体在管壳间的对流传热:
有挡板,Re>100即可达到湍流。式(5-72)
二、各种情形下的经验式
化工原理 对流传热PPT
Q St
2、对流传热系数
对流传热系数a定义式: Q
St
表示单位温度差下,单位传热面积的对流传热速率。
单位W/m2.k。 反映了对流传热的快慢,对流传热系数大,则传热快。
2018/11/10
3 影响对流传热系数的因素
1.引起流动的原因 自然对流:由于流体内部密度差而引起流体的流动。 强制对流:由于外力和压差而引起的流动。 强 > 自 2.流体的物性
相变 > 无相变
4 对流传热系数经验关联式的建立
一、因次分析 =f(u,l,,,cp,,gt) 式中 l——特性尺寸; u——特征流速。 基本因次:长度L,时间T,质量M,温度 变量总数:8个
由定律(8-4)=4,可知有4个无因次数群。
Nu C Re Pr Gr
a k
2018/11/10
1、对流传热速率表达式
据传递过程速率的普遍关系,壁面和流体间的对流传热速率:
对流传热推动力 系数 推动力 对流传热速率 对流传热阻力 推动力:壁面和流体间的温度差
阻力:影响因素很多,但与壁面的表面积成反比。 对流传热速率方程可以表示为:
T Tw dQ 1 dS
2018/11/10
2018/11/10
二、实验安排及结果整理 以强制湍流为例:Nu=CReaPrk 1.采用不同Pr的流体,固定Re
Nu
k
lgNu=klgPr+lgCRea
双对数坐标系得一直线,斜率为k 2.不同Pr的流体在不同的Re下 lgNu/Prk=algRe+lgC 双对数坐标系中得一直线 斜率为a,截距为C
强化措施: • u,u0.8 • d, 1/d0.2 • 流体物性的影响,选大的流体
如何计算对流传热系数
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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
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(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
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【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
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§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: Nu 0.023Re0.8 prn
或
0.023
d
du
0.8
cp
n
使用范围: Re 104 0.6 pr 160
从分发展段以后: 管长与管径之比 l d 50
设ρ1、 ρ2 分Biblioteka 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;
如果 t1< t2 , 则 ρ1=ρ2 (1+β△t)
单位体积流体所产生的升力为
(ρ1 - ρ2)g= ρ2 g β △t
α与流动的类型有关
火
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L—传热面的特征尺寸 m
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经验公式的应用应注意以下四点: 1、应用范围
2、定性尺寸(特性尺寸)
各准数Nu、Re及Gr中的特性尺寸l代表哪一个尺寸,应遵照 所选用的关联式中规定尺寸
影响α的因数很多
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化工上常见的对流传热
强制对流传热 流体无相变化时
自然对流传热 流体有相变化时 蒸汽冷凝传热
液体沸腾传热
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二、流体的流动型态:层流和湍流
层流:流体在热流方向上基本没有混合流动 α↓
湍流:有混合流动,Re↑层流内层厚度δ↓ α↑
三、流体的性质
对α影响较大的物性主要有 cp 、λ、μ和ρ
四、传热面的型状、大α小和位置
影响α值的有:传热管、板、管束等不同,传热面的 形状,管子的排列方式,水平或垂直放置;管径、管长或 板的高度等
定性尺寸: L取管内径 di
定性温度取流体进、出口温度的算术平均值
流体被加热时n=0.4;冷却时n=0.3
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若使用条件不满足上述条件时,需修正:
(1)对于短管 当 l d 30 ~ 40 时 尚未从分发展,滞流内层较薄,热阻小
到热量传递过程。
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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
0.14
0.95
层流 导热 自然对流 α↓ p226式5-65和式5-66
对流传热→要求强化→避免层流
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(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
3、定性温度
确定准数中流体的物性参数cp、μ、ρ等所依据的温度 即为定性温度。
有的用流体进、出口温度的算术平均值
有的用膜温(即流体进、出口温度的算术平均值与壁面 温度平均值,再取两者的算术平均值)
主要取决于建立关联式时采用什么方法而定
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1 cp pr
2 lu Re
流体物性对对流传热的影响
流体的流动状态和湍动程度对对流传热 的影响
3 l Nu 对流系数的准数
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§4-16 因次分析在对流传热中的应
用
α值 实验测定
因数多 因次分析方法 无因次数群 再实验 确定关系
一、无相变化时强制湍流下的α
f l, , u, , c p , , 0
七个物理量四个基本因次(质量M、长度L、时间θ、温度T )
π定理
3个无因次数群
1, 2 , 3 0
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准数的符号与意义
准数名称
符号
准数式
意义
努塞尔特准数
Nusselt
Nu
L/
表示对流传热 系数的准数
雷诺准数 Reynolds
Re
Lu/
确定流动状态 的准数
普兰特准数
Prandtl
Pr
cp /
表示物性影响 的准数
格拉斯霍夫准数 Grashof
Gr
g△tL3 2/2
表示自然对流 影响的准数
Nu f pr , Re
二、无相变化时自然对流下的α
Nu pr
Gr
gtl 3 2 2
自然对流对对流传热的影响
Nu f pr ,Gr
准数关联式是一种经验公式
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乘以1.02~1.07的系数加以修正
(2)壁温与主体温度相差较大
考虑壁温对粘度的影响
N u 0.027Re0.8 pr 0.33
在壁温未知的情况下 近似计算
当液体被加热时
w
0.14
1.05
w
0.14
(3)管内层流
当液体被冷却时
w
第四节 对流与对流传热系数
的获得主要有三种方法:
1.理论分析法:
建立理论方程式,用数学分析的方法求出的精确 解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简 单的几个传热过程,如管内层流、平板上层流等。
2.实验方法* : 用因次分析法、再结合实验,建立经验关系式。
3.类比方法: 把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比