对流传热系数.ppt

4.5对流传热系数,1）流体种类和相变化的情况,蒸汽冷凝、液体沸腾,相变,无相变,2）流体的特性 导热系数、粘度、体积膨胀系数。,3）流体的温度,4）流体的流动状态,层流、湍流,湍,层,一、影响对流传热系数的因素,6）传热面的形状，大小和位置,形状：,如管、板、管束等；,大小：,如管径和管长等；,位置：,如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排,列）；管或板是垂直放置还是水平放置。,5）流体流动的原因,自然对流,靠温度差而流动,强制对流,由于外力的作用迫使流体流动,强,自,二、对流传热过程的量纲分析,量纲分析法：,1）实验和理论结合的方法，目的是减少变量数，从而减,少实验次数；,2）物理方程两边量纲必相等,因次一致性原则,；,3）任一方程均可用一幂函数逼近。,三、无相变时对流表面传热系数的计算：,（1）在定性实验的基础上列出所有影响因素,a,=,f,m,l,c,p,r,(,b,g,D,t,),u,l,（2）列出各物理量的量纲,a,MS,-3,T,-1,l,MLS,-3,T,-1,r,ML,-3,u,LS,-1,m,MS,-1,L,-1,c,p,L,2,S,-2,T,-1,b,g,D,t,S,-2,L,l,L,（,3）建立特征数方程（幂函数）,MS,-3,T,-1,=(MS,-1,L,-1,),a,(MS,-3,T,-1,L),b,(L,2,S,-2,T,-1,),c,(ML,-3,),d,(S,-2,L),e,(LS,-1,),f,L,g,a,=,A,m,a,l,b,c,p,c,r,d,(,b,g,D,t,),e,u,f,l,g,比较指数，得：,设,e、c、f,为已知,从而,a,=,A,m,c,-2,e,-,f,l,1-,c,c,p,c,r,2,e,+,f,(,b,g,D,t,),e,u,f,l,3,e,+,f,-1,Nu,=,ARe,f,Gr,e,Pr,c,讨论：,（1）无量纲特征数的个数等于变量数减去基本单位数 ,伯金汉,p,定理,；,（2）无量纲特征数均有一定的物理意义；,几个特征数的物理意义：,-格拉晓夫数Gr是雷诺数的一种,变形，相当于自然对流时的“雷诺数”,-,努塞尔数，表示导热热阻与对流热阻之比,-普朗特数，反映物性的影响。,一般地，气体的Pr1,流体无相变时，对流传热系数的关联式,最常用!注意应用范围!P248,(1)流体在管内作强制对流,(2)流体在圆形直管内作强制层流,流体无相变时，对流传热系数的关联式,1 应用范围：Re，Pr等准数的应用范围,2,定性温度：,决定准数中各物性的温度,（1）取平均温度,t,=(,t,1,+,t,2,)/2,（2）取壁面的平均温度,t,w,（3）取流体和壁面的平均温度(膜温),t,m,=(,t,w,+,t,)/2,使用准数关联式时,需要注意以下几点:,3 定性尺寸：,无因次准数中所包含的传热面尺寸称为特征尺寸，通常选取对流体和传热发生主要影响的尺寸作为特征尺寸。,例如：,圆管内强制对流：取管内径,非,圆管内强制对流：取当量直径,传热当量直径：,在不同情况下，会有不同的准数关联式：,无相变时,强制对流,自然对流,有相变时,蒸汽冷凝,液体沸腾,相变,无相变,1蒸汽冷凝,（1）冷凝方式：,滴状冷凝和,膜状冷凝,四、有相变时的对流传热系数,滴,膜,a),膜状冷凝：,若冷凝液能够浸润壁面，在壁面上形成一完整的液膜,b),滴状冷凝：,若冷凝液体不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下,（2）冷凝过程的热阻：,液膜的厚度,（3）蒸汽冷凝的,：,a)水平管束外,式中,n,水平管束在垂直列上的管子数；,r,汽化潜热（,t,s,），kJ/kg。,特性尺寸,l,：管外径,d,o,定性温度：膜温,4-89,b）竖壁或竖管上的冷凝,层流,适用条件：,Re,2100,特性尺寸,l,：,管或板高,H,定性温度：,或,蒸汽冷凝潜热,r,取其饱和温度,t,0,下的值，其余物性取液膜平均温度（,膜温,）。,b,A,定义冷凝负荷,M,为单位长度润湿周边上的冷凝液质量流量。,Re,的校核：,（4）,冷凝传热的影响因素和强化措施,a）,流体物性,冷凝液,，,；,冷凝液,，,；,潜热,r,，,b）,温差,液膜层流流动时，,t,=,t,s,t,W,，,，,c）,不凝气体,不凝气体,存在，导致,，,定期排放。,d）,蒸汽流速与流向,（,u,10m/s）,同向时，,；,反向时，,；,u,e）蒸汽过热,包括冷却和冷凝两个过程。,f）冷凝面的形状和位置,目的：减少冷凝液膜的厚度,垂直板或管：开纵向沟槽；,水平管束：可采用错列,沸腾种类:,大容积沸腾(池内沸腾),管内沸腾,（1）汽泡产生的条件,问题：为什么汽泡只在加热面个别地方产生？,过热度,：,t,=,t,W,t,s,汽化核心,：一般为粗糙加热面的细小凹缝处,汽化核心,生成汽泡,长大,脱离壁面,新汽泡形成,搅动液层,2液体沸腾,（2）沸腾曲线,a）自然对流阶段,t,t,5,C,c）不稳定膜状沸腾,25,C,t,5,C,工业上：核状沸腾,d）稳定膜状沸腾,250,C,t,25,C,优点：,大，,t,W,小,观看动画：,气泡的产生过程.swf,（3）沸腾传热的影响因素及强化措施,a）液体的性质,强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）,b）温差,在核状沸腾阶段温差提高，,c）操作压强,d）加热面,新的、洁净的、粗糙的加热面，,大,强化措施：,将表面腐蚀，烧结金属粒,空气中,水中,总之：,油类中,对流传热系数的数量级,