化工原理第四章第三节
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0.14
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1.05
0.95
0.14
百度文库
1
2018/11/28
2）流体在圆形直管内呈过渡流
对于 Re=2300~10000 时的过渡流范围，先按湍流的
公式计算α，然后再乘以校正系数f。
f 1
6 10 5 Re
1 .8
3) 流体在圆形直管内作强制层流 当管径较小、水平管、流体与壁面间的温度差较小，流 速较低才有严格的层流传热。其他情况下经常伴有自然对流 传热。自然对流传热对强制层流的传热的影响可以忽略时：
3、流体对流的起因
强制对流的对流传热系数大于自然对流。
2018/11/28
4、流体流动状态
湍流的对流传热系数远比层流时的大。
5、流体的相态变化
相变时的α比无相变时的大。
6、传热面的结构
传热面的形状（管、板、环隙、管束等）、位置（管子排 列方式、垂直放置或水平放置）和流道尺寸（管径、管长 等）
2018/11/28
2018/11/28
di Nu 1.86 Re Pr L w
1 3
0.14
应用范围： Gr 2.5 104 , Re 2300, Re Pr di 10 L
特征尺寸：管内径di。
定性温度：除 μw 取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的
算术平均值。
按上式计算出α后，再乘以一校正系数 当Gr 2.5 104时，
1 f 0.81 0.015Gr 3
2018/11/28
4）流体在圆形弯管中作强制对流
2018/11/28
2、对流传热系数
对流传热系数α定义式：
Q At
表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。 反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快。
2018/11/28
三、对流传热系数的影响因素
（一）对流传热系数的影响因素 1、流体的种类：液体的对流传热系数大于气体 2、流体的物性
流体无相变时的强制对流：
Nu f ( Re, Pr )
流体无相变时的自然对流：
Nu f ( Pr , Gr )
2018/11/28
应用准数关联式应注意的问题 1）定性温度：各准数中流体的物性参数所依据的温度 如：流体进、出口温度的算术平均值；
壁面的平均温度；
流体与壁面的平均温度（膜温）
2）特征尺寸：对流体流动和传热有决定性影响的尺寸。
（二）对流传热系数的一般准数关联式 准数名称 努塞尔特准数 符号 准数式 Nu Re Pr 意义 表示对流传热系数 流体流动状态的影响
l
lu
雷诺准数
普朗特准数
cp
流体物性的影响 自然对流的影响
格拉斯霍夫准数
gtl 3 2 Gr 2
2018/11/28
Nu f ( Re, Pr , Gr ) KRea Pr bGr c
Nu 0.023Re Pr
0.8
n
0.8 n
di u c p 或 0.023 di
当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。
特征尺寸：Nu、Re等特征数中的l取管内径di。
2018/11/28
应用范围： R 104 ,0.7 P 120 , 管长与管径比 L / di e r
将计算所得的α乘以 若L / di＜60时，
60
[1 (di L) ]
0.7
定性温度：取为流体进、出口温度的算术平均值。 b) 高黏度的液体（μ＞2×10-3Pa· s）
di u c p 0.027 di w
3）适用范围：关联式中Re,Pr等准数的数值范围。
2018/11/28
四、流体无相变时的对流传热系数
传热计算中，一般规定： Re＜2300，层流 2300 ＜ Re＜10000，过渡流 Re＞10000，湍流
2018/11/28
1、流体在管内作强制对流
1）流体在圆形直管内作强制湍流 a)低黏度（μ＜2×10-3Pa· s）流体
一、对流传热的分析
层流底层 流体分层运动，相邻层间没有流体的 宏观运动。在垂直于流动方向上不存 在对流传热，仅为流体的热传导。流 流体沿固体 壁面的流动 体的热导率较小，该层热阻较大，温
度差较大，即温度梯度较大。
过渡区 对流和热传导共同作用，在该层内温度 变化较缓慢。 湍流主体 热阻很小，温度梯度很小，各处的温度 基本相同。
1）导热系数 流体的导热系数愈大，热阻就愈小，对流传热系数愈大。 2）粘度 流体的粘度愈小，对流传热系数愈高。 3）比热容和密度
2018/11/28
ρcp：单位体积流体所具有的热容量。
ρcp 值愈大，流体携带热量的能力愈强，对流传热强度 愈大。 4）体积膨胀系数 体积膨胀系数β值愈大，密度差愈大，有利于自然对流 。对强制对流也有一定的影响。
2018/11/28
对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象。 对流传热的热阻主要集中在层流底层。减薄层流底层的厚 度是强化对流传热的主要途径。
2018/11/28
二、壁面和流体间的对流传热速率
1、对流传热速率方程
dt t 傅里叶定律：dQ dA dA dx t
△t－对流传热温差，℃（热流体△t＝T－Tw；冷流体△t＝tw－t）
0.8
1/3
0.14
应用范围：Re 104 , 0.7 Pr 16700 ,
特征尺寸： 取管内径di。
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L 60 di
定性温度：除 μw 取壁温以外，其余均取液体进、出口温度
的算术平均值。
a.当液体被加热时，取 w
b.当液体被冷却时，取 w c.气体，取 w
dQ tdA
——牛顿冷却定律
α－局部对流传热系数，W/(m2·K)或W/(m2· ℃)。
2018/11/28
在换热器中，局部对流传热系数 α随管长而变化，但在
工程计算中，常使用平均对流传热系数和平均温度差，此
时牛顿冷却定律可以表示为：
Q At
α－平均对流传热系数，W/(m2·K)或W/(m2· ℃) A－总传热面积，m2；
0.14
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2）流体在圆形直管内呈过渡流
对于 Re=2300~10000 时的过渡流范围，先按湍流的
公式计算α，然后再乘以校正系数f。
f 1
6 10 5 Re
1 .8
3) 流体在圆形直管内作强制层流 当管径较小、水平管、流体与壁面间的温度差较小，流 速较低才有严格的层流传热。其他情况下经常伴有自然对流 传热。自然对流传热对强制层流的传热的影响可以忽略时：
3、流体对流的起因
强制对流的对流传热系数大于自然对流。
2018/11/28
4、流体流动状态
湍流的对流传热系数远比层流时的大。
5、流体的相态变化
相变时的α比无相变时的大。
6、传热面的结构
传热面的形状（管、板、环隙、管束等）、位置（管子排 列方式、垂直放置或水平放置）和流道尺寸（管径、管长 等）
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di Nu 1.86 Re Pr L w
1 3
0.14
应用范围： Gr 2.5 104 , Re 2300, Re Pr di 10 L
特征尺寸：管内径di。
定性温度：除 μw 取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的
算术平均值。
按上式计算出α后，再乘以一校正系数 当Gr 2.5 104时，
1 f 0.81 0.015Gr 3
2018/11/28
4）流体在圆形弯管中作强制对流
2018/11/28
2、对流传热系数
对流传热系数α定义式：
Q At
表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。 反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快。
2018/11/28
三、对流传热系数的影响因素
（一）对流传热系数的影响因素 1、流体的种类：液体的对流传热系数大于气体 2、流体的物性
流体无相变时的强制对流：
Nu f ( Re, Pr )
流体无相变时的自然对流：
Nu f ( Pr , Gr )
2018/11/28
应用准数关联式应注意的问题 1）定性温度：各准数中流体的物性参数所依据的温度 如：流体进、出口温度的算术平均值；
壁面的平均温度；
流体与壁面的平均温度（膜温）
2）特征尺寸：对流体流动和传热有决定性影响的尺寸。
（二）对流传热系数的一般准数关联式 准数名称 努塞尔特准数 符号 准数式 Nu Re Pr 意义 表示对流传热系数 流体流动状态的影响
l
lu
雷诺准数
普朗特准数
cp
流体物性的影响 自然对流的影响
格拉斯霍夫准数
gtl 3 2 Gr 2
2018/11/28
Nu f ( Re, Pr , Gr ) KRea Pr bGr c
Nu 0.023Re Pr
0.8
n
0.8 n
di u c p 或 0.023 di
当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。
特征尺寸：Nu、Re等特征数中的l取管内径di。
2018/11/28
应用范围： R 104 ,0.7 P 120 , 管长与管径比 L / di e r
将计算所得的α乘以 若L / di＜60时，
60
[1 (di L) ]
0.7
定性温度：取为流体进、出口温度的算术平均值。 b) 高黏度的液体（μ＞2×10-3Pa· s）
di u c p 0.027 di w
3）适用范围：关联式中Re,Pr等准数的数值范围。
2018/11/28
四、流体无相变时的对流传热系数
传热计算中，一般规定： Re＜2300，层流 2300 ＜ Re＜10000，过渡流 Re＞10000，湍流
2018/11/28
1、流体在管内作强制对流
1）流体在圆形直管内作强制湍流 a)低黏度（μ＜2×10-3Pa· s）流体
一、对流传热的分析
层流底层 流体分层运动，相邻层间没有流体的 宏观运动。在垂直于流动方向上不存 在对流传热，仅为流体的热传导。流 流体沿固体 壁面的流动 体的热导率较小，该层热阻较大，温
度差较大，即温度梯度较大。
过渡区 对流和热传导共同作用，在该层内温度 变化较缓慢。 湍流主体 热阻很小，温度梯度很小，各处的温度 基本相同。
1）导热系数 流体的导热系数愈大，热阻就愈小，对流传热系数愈大。 2）粘度 流体的粘度愈小，对流传热系数愈高。 3）比热容和密度
2018/11/28
ρcp：单位体积流体所具有的热容量。
ρcp 值愈大，流体携带热量的能力愈强，对流传热强度 愈大。 4）体积膨胀系数 体积膨胀系数β值愈大，密度差愈大，有利于自然对流 。对强制对流也有一定的影响。
2018/11/28
对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象。 对流传热的热阻主要集中在层流底层。减薄层流底层的厚 度是强化对流传热的主要途径。
2018/11/28
二、壁面和流体间的对流传热速率
1、对流传热速率方程
dt t 傅里叶定律：dQ dA dA dx t
△t－对流传热温差，℃（热流体△t＝T－Tw；冷流体△t＝tw－t）
0.8
1/3
0.14
应用范围：Re 104 , 0.7 Pr 16700 ,
特征尺寸： 取管内径di。
2018/11/28
L 60 di
定性温度：除 μw 取壁温以外，其余均取液体进、出口温度
的算术平均值。
a.当液体被加热时，取 w
b.当液体被冷却时，取 w c.气体，取 w
dQ tdA
——牛顿冷却定律
α－局部对流传热系数，W/(m2·K)或W/(m2· ℃)。
2018/11/28
在换热器中，局部对流传热系数 α随管长而变化，但在
工程计算中，常使用平均对流传热系数和平均温度差，此
时牛顿冷却定律可以表示为：
Q At
α－平均对流传热系数，W/(m2·K)或W/(m2· ℃) A－总传热面积，m2；