文档介绍：第十三章 对流换热
学习导引
本章主要介绍的是对流换热的计算。牛顿冷却公式提供了对流换热换热量的计算方法,通过它,定义了表面传热系数,从而使复杂的对流换热问题得以简化最终的对流换热问题集中于表面传热系数的求取。关于表面传热系数的求取,本文给出了不同情况下的准则关联式。学习时应准确了解每个方程式的适用范围、物理量的具体含义,通过适当地选择,最后计算出表面传热系数,进而求得对流换热量。
学习要求
本章重点是掌握牛顿冷却公式以及不同情况下表面传热系数的计算,通过学习应达到以下要求:
,了解对流换热的过程及分类。
,会应用牛顿冷却公式计算流体与固体壁面间的对流换热量。
,了解影响表面传热系数的因素。
,并掌握其计算方法。
,能正确选用合适的公式进行对流换热的定量计算。
。
本章难点
,较难理解。学习中结合对流换热的流动状况和温度分布图会有较为直观的理解。
,较难理解。学习中应重点掌握无因次准数的计算方法。
,有一定的难度。应注意公式的适用范围,定性温度和特征尺寸的选取,并应结合例题与习题加强练习。
第一节 对流换热概念及牛顿冷却公式
热对流只发生在流体之中,总是与流体运动密切相关,并受到流体运动的影响。
由于流体的宏观运动,使流体各部分之间发生相对位移,致使冷、热流体相互掺混而引起的热量传递现象。
一、对流换热的概念
自然对流
由于流体中各部分的密度不同而引起。
强制对流
就引起的流动原因而论,对流可分为:
热对流
如电冰箱冷凝器和房间暖气片等换热设备表面冷、热空气的流动。
流体的流动由动力机械的作用造成。
如水泵驱动空调装置中的冷媒水
流体的热对流总是伴随着导热。
流体与固体壁之间既直接接触又相对运动时的热量传递过程称为对流换热。
对流换热是由热对流和导热共同作用的复合换热形式。
对流换热分类:
按流体流动原因分为
强制对流换热
自然对流换热
按流体是否有相变分为
相变对流换热
无相变对流换热
凝结换热
沸腾换热
如空气掠过房间空调器
对流换热
无相变
有相变
内部流动
外部流动
强制对流
自然对流
圆管内强制对流换热
管内凝结换热
管外凝结换热
凝结换热
沸腾换热
对流换热
非圆管内强制对流换热
流体流过平板的对流换热
流体流过圆管束的对流换热
流体流过单根圆管的对流换热
有限空间的自然对流换热
大空间的自然对流换热
管内的沸腾换热
大容器的沸腾换热
二、对流换热过程分析
当流体在管内湍流时,在传热方向上截取一截面A-A,各层界面处的温度变化为:
th
th
tw1
tw2
tc
tc
湍流主体的传热以热对流为主;
缓冲层的传热以导热和热对流进行;
层流底层的传热以导热的方式进行。
因此,对流换热的热阻主要集中在流体的层流底层内,
减薄层流底层的厚度是强化对流换热的主要途径。
该层温差很大,热阻也大
流体在管内湍流时, 其流动状况由层流内层、缓冲层和湍流主体组成
三、牛顿冷却公式
由牛顿1702年提出,是用于对流换热量的计算公式。
或
: 热流量,W;
A : 换热面积,m2;
h : 表面传热系数,W/(m2K);
△t : 对流换热温差, △t=tw-tf,℃;
RW : 对流换热热阻, RW =1/hA,K/W;
R : 单位面积对流换热热阻, R =1/h,m2 K/W
tf流体平均温度
表明:
对流换热量与壁面换热面积A及流体与壁面之间的温度差Dt成正比;表面传热系数h的大小反映了对流换热的强弱。