文档介绍：表面传热系数的经验关联
表面传热系数影响因素及因次分析
特征数的物理意义
无相变化的对流传热
有相变化的对流传热
(1) 表面传热系数的影响因素
◇流动状态的影响
层流底层薄,
动力消耗大。
◇强制对流和自然对流的影响
强制对流:外部机械作功,一般u较大,故较大。
自然对流:依靠流体自身密度差造成的循环过程,一般u较小,也较小。
◇流体物性的影响
的影响:
的影响:
的影响: 单位体积流体的热容量大,则较大
的影响:
定性温度:各种表面传热系数所用数据的特征温度。
◇传热面条件的影响
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。
定型尺寸:对表面传热系数有决定性影响的特征尺寸。
◇相变化的影响
一般情况下,有相变化时表面传热系数较大,机理各不相同,复杂。
☆对流传热的分类:
无相变化传热: 强制对流
自然对流
有相变传热: 蒸汽冷凝
液体沸腾
(2) 无相变化时对流传热过程的因次分析
利用因次分析的方法可获得描述对流传热的几个重要的特征数:
(努塞尔数)
(雷诺数)
(普朗特数)
(格拉晓夫数)
特征数的物理意义
◇努塞尔数
=壁面温度梯度/平均温度梯度
称为无因次温度梯度。平均温度梯度一定,壁面温度梯度越大,Nu越大,越大,有效膜越薄。
按热边界层理论,壁面温度梯度恒大于平均温度梯度,所以,努塞尔数恒大于1。
◇雷诺数
惯性力和粘滞力的比值,反映流动状态对的影响。
◇普兰特数
=
v---动量扩散系数α---热扩散系数
该公式反映了热扩散和动量扩散的相互关系。
反映流动边界层厚度和热边界层厚度的相对厚度。
◇格拉晓夫数(又称升浮力数)
体积的变化()
单位体积流体的体积变化:
单位体积流体的浮力变化:
=
=(
反映自然对流程度的特征数。
无相变化的对流传热
无相变化对流传热时,特征数之间的关系:
强制对流:
自然对流:
混合对流:
(1) 管内强制对流
进口段对表面传热系数的影响:
正在发展的传热。
进口段温度分布和局部表面传热系数的变化动画
◇进口段长度:进口点到边界层汇合点间的长度。
层流
湍流
◇一般关系式:
流动状态不同,则 c ,m ,n 不同。其规律如图所示。
流动状态层流
湍流
过渡流
下面进行分类讨论。
①圆形直管内湍流表面传热系数
a. 一般流体
或
n= 流体被加热
n= 流体被冷却
定性温度
适用范围
注意:分析湍流条件下的表面传热系数与u,di, 粘度,密度的关系。
b. 粘度较大的流体
一般情况下,应考虑粘度变化的影响,使用下式
液体被加热
液体被冷却
适用条件:
定性温度: 进出口平均温度
定型尺寸: 管内径。
c. 流体流过短管
若则为短管,处于进口段,表面传热系数较大。
采用以上各式计算,并加以校正:
②圆形直管内过渡流时表面传热系数
过渡流
采用湍流公式,但需加以校正。
③圆形直管内层流条件下的表面传热系数
特点:1)进口段的管长所占比例较大
2)热流方向不同,也会影响。
3)自然对流的影响有时不可忽略。
计算式:
适用条件:
定性温度:
流体进出口温度的算术平均值
定型尺寸:管内径di
④弯管内强制对流时的表面传热系数
特点:离心力的作用,压力不均匀,产生二次环流,结果使
计算式:
式中: α----直管内的表面传热系数;
R-----管子的曲率半径。
⑤非圆形管内强制对流的表面传热系数
采用圆形管内相应的公式计算,但特征尺寸采用当量直径。
当量直径:
4倍流通截面/润湿周边长度
但只是一种近似算法,最好采用经验公式和专用式。
有一列管式换热器,由60根长l=3m的的钢管组成。在此换热器中,用饱和水蒸汽加热苯。苯在管内流动,由20℃被加热到80℃,苯的流量为13kg/s,试求苯在管内的表面传热系数。若苯的流量增加50%,假设仍维持原来的出口温度,问此时的表面传热系数又为多少?
解:苯的进出口平均温度℃
在该温度下苯的物性