各種類型的對(duì)流傳熱認(rèn)知

各種類型的對(duì)流傳熱認(rèn)知授課人：XXX1、各種類型的對(duì)流傳熱認(rèn)知1、熟練掌握各種類型的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算；2、了解各種對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的使用范圍。一、培訓(xùn)目標(biāo)無相變時(shí)，影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示：八個(gè)物理量涉及四個(gè)基本因次：質(zhì)量M，長(zhǎng)度L，時(shí)間T，溫度θ。通過因次分析可得，在無相變時(shí)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：即二、對(duì)流傳熱中的因次分析準(zhǔn)數(shù)符號(hào)及意義準(zhǔn)數(shù)名稱符號(hào)意義努塞爾特準(zhǔn)數(shù)（Nusselt）Nu=αl/λ

表示對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)（Reynolds）Re=luρ/μ

確定流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)（Prandtl）Pr=cpμ/λ

表示物性影響的準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)（Grashof）Gr=βgΔtl3ρ2/μ2

表示自然對(duì)流影響的準(zhǔn)數(shù)二、對(duì)流傳熱中的因次分析準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式是一種經(jīng)驗(yàn)公式，在利用關(guān)聯(lián)式求對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)，不能超出實(shí)驗(yàn)條件范圍。在應(yīng)用關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、應(yīng)用范圍2、特性尺寸無因次準(zhǔn)數(shù)Nu、Re等中所包含的傳熱面尺寸稱為特征尺寸。通常是選取對(duì)流體流動(dòng)和傳熱發(fā)生主要影響的尺寸作為特征尺寸。二、對(duì)流傳熱中的因次分析3、定性溫度流體在對(duì)流傳熱過程中溫度是變化的。確定準(zhǔn)數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為定性溫度。一般定性溫度有三種取法：進(jìn)、出口流體的平均溫度，壁面平均溫度，流體和壁面的平均溫度（膜溫）。4、準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無因次數(shù)群，其中涉及到的物理量必須用統(tǒng)一的單位制度。二、對(duì)流傳熱中的因次分析

Nu=0.023Re0.8Prn

當(dāng)流體被加熱時(shí)，n=0.4，被冷卻時(shí)，n=0.3。特性尺寸：Re、Nu數(shù)中的l取管內(nèi)徑d，定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)1流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流1.1流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流1.1.1低粘度流體應(yīng)用范圍：Nu=0.023Re0.8Pr1/3（μ/μw）0.14特性尺寸取管內(nèi)徑定性溫度除μw取壁溫下的粘度外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。1.1.2高粘度流體

三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)例：常壓下，空氣以15m/s的流速在長(zhǎng)為4m，φ60×3.5mm的鋼管中流動(dòng)，溫度由150℃升到250℃。試求管壁對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：此題為空氣在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流定性溫度t=（150+250）/2=200℃查200℃時(shí)空氣的物性數(shù)據(jù)（附錄）如下

Cp=1.026×103J/kg.℃λ=0.03928W/m.℃μ=26.0×10-6N.s/m2ρ=0.746kg/m3

Pr=0.68特性尺寸d=0.060-2×0.0035=0.053ml/d=4/0.053=75.5>50三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)Re=duρ/μ=(0.053×15×0.746)/(0.6×10-5)=2.28×104>104(湍流)Pr=cpμ/λ=(1.026×103×26.0×10-5)/0.03928=0.68本題中空氣被加熱,n=0.4代入Nu=0.023Re0.8Pr0.4

=0.023×(22800)0.8×(0.68)0.4

=60.4三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制滯流時(shí)，應(yīng)考慮自然對(duì)流的影響。當(dāng)自然對(duì)流的影響比較小且可被忽略時(shí)，按下式計(jì)算：

Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/L）1/3（μ/μw）0.14特性尺寸：取管內(nèi)徑di

定性溫度：除μw取壁溫下的值外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。1.2流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制層流三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)當(dāng)自然對(duì)流的影響不能忽略時(shí),對(duì)水平管，按下式計(jì)算應(yīng)用范圍：Re<2300；l/d>50；特性尺寸：取管內(nèi)徑di定性溫度：壁溫tw與流體進(jìn)、出口平均溫度的平均值tmNu=0.74Re0.2(GrPr)0.1Pr0.2三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)1.3流體在圓形直管內(nèi)作過渡流

對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可先用湍流時(shí)計(jì)算，然后乘以校正系數(shù)Φ三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)流體在彎管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于受離心力的作用，增大了流體的湍動(dòng)程度，使對(duì)流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)大。式中h?——彎管中的對(duì)流傳熱系數(shù)，w/（m2?℃）h——直管中的對(duì)流傳熱系數(shù)，w/（m2?℃）

R——彎管軸的彎曲半徑，m1.4流體在彎管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)采用上述各關(guān)聯(lián)式計(jì)算，將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑de即可。當(dāng)量直徑按下式計(jì)算1.5流體在非圓形管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)管束錯(cuò)列

Nu=0.33Re0.6Pr0.33管束直列

Nu=0.26Re0.6Pr0.33應(yīng)用范圍：

Re>3000定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的平均值。定性尺寸：管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速。2

流體在管外強(qiáng)制對(duì)流

2.1流體在管束外強(qiáng)制垂直流動(dòng)三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)換熱器內(nèi)裝有圓缺形擋板（缺口面積為25%的殼體內(nèi)截面積）時(shí)，殼方流體的對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式為：（1）多諾呼法

Nu=0.23Re0.6Pr1/3（μ/μw）0.14

應(yīng)用范圍:

Re=(2~3)×104

特性尺寸:取管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速。

定性溫度:除μw取壁溫外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。2.2流體在換熱器的管間流動(dòng)三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)Nu=0.36Re0.55Pr1/3（μ/μw）0.14應(yīng)用范圍:

Re=2×103~1×105

特性尺寸:取當(dāng)量直徑，管子排列不同，計(jì)算公式也不同。定性溫度:除μw取壁溫外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。（2）凱恩法三、流體無相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式蒸汽冷凝有膜狀冷凝和滴狀冷凝兩種方式。膜狀冷凝：由于冷凝液能潤(rùn)濕壁面，因而能形成一層完整的膜。在整個(gè)冷凝過程中，冷凝液膜是其主要熱阻。滴狀冷凝：若冷凝液不能潤(rùn)濕壁面，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下。蒸汽冷凝時(shí)的傳熱推動(dòng)力是蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。1、蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)四、流體有相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)2.1在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝2.2水平管壁上作膜狀冷凝2、膜狀冷凝時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)四、流體有相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)不凝性氣體的影響在蒸汽冷凝時(shí)不凝性氣體在液膜表面形成一層氣膜，使傳熱阻力加大，冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)降低。蒸汽流速和流向的影響蒸汽的過熱流體物性及液膜兩側(cè)溫差影響冷凝傳熱的因素：表面粗糙度四、流體有相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)工業(yè)上沸騰的方法有兩種：(1)管內(nèi)沸騰：液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰。(2)大容積沸騰（池內(nèi)沸騰）：加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面受熱沸騰。沸騰傳熱的應(yīng)用：精餾塔的再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等。3、液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)

沸騰傳熱的特點(diǎn)四、流體