文档介绍：第四节对流与对流传热系数
的获得主要有三种方法:
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* :
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用因次分析法、再结合实验,建立经验关系式。
把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程。
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。
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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
(ρ1 - ρ2)g= ρ2 g β△ t
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;
如果 t1< t2 , 则ρ1=ρ2 (1+β△t)
单位体积流体所产生的升力为
火
α与流动的类型有关
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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
影响α的因数很多
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化工上常见的对流传热
流体无相变化时
流体有相变化时
强制对流传热
自然对流传热
蒸汽冷凝传热
液体沸腾传热
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§4-16 因次分析在对流传热中的应用
实验测定
α值
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
七个物理量四个基本因次(质量M、长度L、时间θ、温度T )
3个无因次数群
π定理
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对流系数的准数
流体的流动状态和湍动程度对对流传热的影响
流体物性对对流传热的影响
二、无相变化时自然对流下的α
Nu
pr
自然对流对对流传热的影响
准数关联式是一种经验公式
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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
准数的符号与意义
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
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。
主要取决于建立关联式时采用什么方法而定
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)
有的用流体进、出口温度的算术平均值
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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:
或
使用范围:
管长与管径之比
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=;冷却时n=
从分发展段以后:
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若使用条件不满足上述条件时,需修正:
当
时
~
(1)对于短管
(2)壁温与主体温度相差较大
考虑壁温对粘度的影响
在壁温未知的情况下
当液体被加热时
当液体被冷却时
近似计算
尚未从分发展,滞流内层较薄,热阻小
(3)管内层流
层流
导热
自然对流
对流传热→要求强化→避免层流
α↓
p226式5-65和式5-66
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