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第三章 传热
第五节 对流传热系数关联式
一、对流传热系数的影响 因素 二、对流传热过程的因次 分析 三、流体无相变时的对流 传热系数 四、流体有相变时的对流 传热系数
2017/10/16
一、对流传热系数的影响因素
1、流体的种类和相变化的情况
2、流体的物性
1）导热系数
滞流内层的温度梯度一定时，流体的导热系数愈大，对
对于非圆形管内对流传热系数的计算，前面有关的经
验式都适用，只是要将圆管内径改为当量直径de。
套管环隙中的对流传热，用水和空气做实验，所得的 关联式为：
0.02
de d2
d1
0.53
Re
0.8
1 Pr 3
应用范围： Re=12000~220000，d1/d2=1.65~17 定性尺寸： 当量直径de 定性温度： 流体进出口温度的算术平均值。
2017/10/16
应用范围： Re 10000,0.6 Pr 120,管长与管径比
l / di 60
将计算所得的α乘以 [1 (d L)]0.7 若l / di＜60时， i 定性尺寸：Nu、Re等准数中的l取为管内径di。 定性温度：取为流体进、出口温度的算术平均值。 b) 高粘度的液体
流传热系数也愈大。
2）粘度
流体的粘度愈大，对流传热系数愈低。 3）比热和密度
2017/10/16
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，对流传热的强 度愈强。 （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。
3、流体的温度 4、流体流动状态
2017/10/16
2、流体在管外强制对流
2017/10/16
2017/10/16
1）流体在管束外强制垂直流动
2017/10/16
2017/10/16
2017/10/16
流体在错列管束外流过时，平均对流传热系数
Nu 0.33 Re
0.6
Pr
0.33
流体在直列管束外流过时，平均对流传热系数
Nu 0.26 Re
应用范围：
0.6
Pr
0.33
Re ＞3000
特征尺寸：管外径do，流速取流体通过每排管子中最狭窄 通道处的速度。其中错列管距最狭窄处的距 离应在（x1-do）和2（t-do）两者中取小者。 注意：管束排数应为10，若不是10时，计算结果应校正。
2017/10/16
2）流体在换热器的管间流动
0.14
di 应用范围： Re 2300,6700 Pr 0.6, Gr 25000, Re Pr 10 L
定性尺寸：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，再乘以一校正因子 当Gr 25000时，
1 f 0.81 0.015Gr 3
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。 2) 流体在圆形直管内作强制滞流
当管径较小，流体与壁面间的温度差较小，自然对流对
强制滞流的传热的影响可以忽略时
2017/10/16
1 1 1 d i 3 N u 1.86 Re 3 Pr 3
L w
6、传热面的性状、大小和位置
2017/10/16
二、因次分析法在对流传热中的应用
•列出影响该过程的物理量，并用一般函数关系表示：
f (l，，，c p，，u， g t )
•确定无因次准数π的数目
i n m 84 4
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Fra Baidu bibliotek
准数的符号和意义 准数名称 努塞尔特准数 （Nusselt） 雷诺准数 （Reynolds） 普兰特准数 （Prandtl） 符号 Nu 准数式 意义 表示对流传热的系数 确定流动状态的准数
2017/10/16
3）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
4）流体在弯管内作强制对流
' 1 1.77d i / R
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5）流体在非圆形管中作强制对流
2017/10/16
三、流体无相变时的对流传热系数
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)低粘度（大约低于2倍常温水的粘度）流体
Nu 0.023Re Pr
0.8
n
0.8
du n 或 0.023 Pr d
当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。
Re Pr
l lu cp
表示物性影响的准数
格拉斯霍夫准数 Gr （Grashof）
gtl 3 2 表示自然对流影响的准数 2
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3、应用准数关联式应注意的问题 1）定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定
2）定性尺寸：Nu，Re数中L应如何选定。
3）应用范围：关联式中Re,Pr等准数的数值范围。
当管外装有割去25%直径的圆缺形折流板时， 壳方的对
流传热系数关联式为：
a)多诺呼(Donohue)法
Nu 0.23 Re
0.6
0.14 Pr ( ) w
13
d ou 0.6 c p 1 3 0.14 0.23 ( ) ( ) ( ) do w
湍流的对流传热系数远比滞流时的大。
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5、流体流动的原因
强制对流： 由于外力的作用 自然对流：由于流体内部存在温度差，使得各部分 的流体密度不同，引起流体质点的位移 单位体积的流体所受的浮力为：
1 2 g 2 1 t 2 g 2 g t
N u 0.027 Re Pr
u w
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0.8
0.23
0.14
u w
0.14
为考虑热流体方向的校正项。
应用范围： Re 1000, 0.7 Pr 16700 , 定性尺寸： 取为管内径di。
L 60 di
第五节 对流传热系数关联式
一、对流传热系数的影响 因素 二、对流传热过程的因次 分析 三、流体无相变时的对流 传热系数 四、流体有相变时的对流 传热系数
2017/10/16
一、对流传热系数的影响因素
1、流体的种类和相变化的情况
2、流体的物性
1）导热系数
滞流内层的温度梯度一定时，流体的导热系数愈大，对
对于非圆形管内对流传热系数的计算，前面有关的经
验式都适用，只是要将圆管内径改为当量直径de。
套管环隙中的对流传热，用水和空气做实验，所得的 关联式为：
0.02
de d2
d1
0.53
Re
0.8
1 Pr 3
应用范围： Re=12000~220000，d1/d2=1.65~17 定性尺寸： 当量直径de 定性温度： 流体进出口温度的算术平均值。
2017/10/16
应用范围： Re 10000,0.6 Pr 120,管长与管径比
l / di 60
将计算所得的α乘以 [1 (d L)]0.7 若l / di＜60时， i 定性尺寸：Nu、Re等准数中的l取为管内径di。 定性温度：取为流体进、出口温度的算术平均值。 b) 高粘度的液体
流传热系数也愈大。
2）粘度
流体的粘度愈大，对流传热系数愈低。 3）比热和密度
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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，对流传热的强 度愈强。 （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。
3、流体的温度 4、流体流动状态
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2、流体在管外强制对流
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1）流体在管束外强制垂直流动
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2017/10/16
2017/10/16
流体在错列管束外流过时，平均对流传热系数
Nu 0.33 Re
0.6
Pr
0.33
流体在直列管束外流过时，平均对流传热系数
Nu 0.26 Re
应用范围：
0.6
Pr
0.33
Re ＞3000
特征尺寸：管外径do，流速取流体通过每排管子中最狭窄 通道处的速度。其中错列管距最狭窄处的距 离应在（x1-do）和2（t-do）两者中取小者。 注意：管束排数应为10，若不是10时，计算结果应校正。
2017/10/16
2）流体在换热器的管间流动
0.14
di 应用范围： Re 2300,6700 Pr 0.6, Gr 25000, Re Pr 10 L
定性尺寸：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，再乘以一校正因子 当Gr 25000时，
1 f 0.81 0.015Gr 3
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。 2) 流体在圆形直管内作强制滞流
当管径较小，流体与壁面间的温度差较小，自然对流对
强制滞流的传热的影响可以忽略时
2017/10/16
1 1 1 d i 3 N u 1.86 Re 3 Pr 3
L w
6、传热面的性状、大小和位置
2017/10/16
二、因次分析法在对流传热中的应用
•列出影响该过程的物理量，并用一般函数关系表示：
f (l，，，c p，，u， g t )
•确定无因次准数π的数目
i n m 84 4
2017/10/16
Fra Baidu bibliotek
准数的符号和意义 准数名称 努塞尔特准数 （Nusselt） 雷诺准数 （Reynolds） 普兰特准数 （Prandtl） 符号 Nu 准数式 意义 表示对流传热的系数 确定流动状态的准数
2017/10/16
3）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
4）流体在弯管内作强制对流
' 1 1.77d i / R
2017/10/16
5）流体在非圆形管中作强制对流
2017/10/16
三、流体无相变时的对流传热系数
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)低粘度（大约低于2倍常温水的粘度）流体
Nu 0.023Re Pr
0.8
n
0.8
du n 或 0.023 Pr d
当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。
Re Pr
l lu cp
表示物性影响的准数
格拉斯霍夫准数 Gr （Grashof）
gtl 3 2 表示自然对流影响的准数 2
2017/10/16
3、应用准数关联式应注意的问题 1）定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定
2）定性尺寸：Nu，Re数中L应如何选定。
3）应用范围：关联式中Re,Pr等准数的数值范围。
当管外装有割去25%直径的圆缺形折流板时， 壳方的对
流传热系数关联式为：
a)多诺呼(Donohue)法
Nu 0.23 Re
0.6
0.14 Pr ( ) w
13
d ou 0.6 c p 1 3 0.14 0.23 ( ) ( ) ( ) do w
湍流的对流传热系数远比滞流时的大。
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5、流体流动的原因
强制对流： 由于外力的作用 自然对流：由于流体内部存在温度差，使得各部分 的流体密度不同，引起流体质点的位移 单位体积的流体所受的浮力为：
1 2 g 2 1 t 2 g 2 g t
N u 0.027 Re Pr
u w
2017/10/16
0.8
0.23
0.14
u w
0.14
为考虑热流体方向的校正项。
应用范围： Re 1000, 0.7 Pr 16700 , 定性尺寸： 取为管内径di。
L 60 di