化工原理电子课件(北京化工大学).ppt

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1、返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件4.3 4.3 对流传热对流传热4.3.1 4.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析4.3.2 4.3.2 对流传热速率对流传热速率4.3.3 4.3.3 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素4.3.4 4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立4.3.5 4.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式无相变时对流传热系数的经验关联式4.3.6 4.3.6 有相变时对流传热系数的经验关联式有相变时对流传热系数的经验关联式1返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件3.3.1 3.3

2、.1 对流传热过程分析对流传热过程分析dA t2G1，T1G2，t1 T22返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件d dt tA2A1tWtTWT传热壁冷流体热流体层流底层层流底层温度梯度大，热传导方式湍流核心湍流核心温度梯度大，对流方式过渡区域过渡区域热传导和对流方式3返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件3.3.2 对流传热速率对流传热速率牛顿冷却定律牛顿冷却定律流体被冷却：式中 Q 对流传热速率，W；对流传热系数，W/(m2)；Tw 壁温，；T 流体平均温度，；A 传热面积，m2。4返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件式

3、中 t总有效膜厚度；e湍流区虚拟膜厚度；层流底层膜厚度。下面来推导牛顿冷却定律建立膜模型膜模型：流体被冷却：TTWttWt5返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件1.牛顿冷却定律是一种推论，假设Qt。2.复杂问题简单化表示。推动力：阻力：6返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件4.3.3 4.3.3 影响对流传热系数影响对流传热系数 的因素的因素1.1.引起流动的原因引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。强 自 2.2.流体的物性流体的物性 ，cp 7返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工

4、大学化工原理电子课件5.是否发生相变是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾 相变 无相变4.传热面的形状，大小和位置传热面的形状，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。3.3.流动形态流动形态 层流、湍流 湍 层 8返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件4.3.4 4.3.4 对流传热系数经验关联式的建立对流传热系数经验关联式的建立一、因次分析一、因次分析 式中 l特性尺寸；u特征流速。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度变量总数：8个由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数

5、群。f(u，l，cp，gt)9返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件 Nusselt待定准数Reynolds，流动型态对对流传热的影响Prandtl，流体物性对对流传热的影响Grashof，自然对流对对流传热的影响10返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件二、实验安排及结果整理二、实验安排及结果整理以强制湍流为例：NuCReaPrk1采用不同Pr的流体，固定Re lgNuklgPrlgCRea双对数坐标系得一直线，斜率为k2不同Pr的流体在不同的Re下 lgNu/PrkalgRelgC双对数坐标系中得一直线 斜率为a，截距为CPrNukReNu/Pr

6、kCa11返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件定性温度的取法：三、定性温度、特性尺寸的确定三、定性温度、特性尺寸的确定2特性尺寸 取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。3准数关联式的适用范围。1确定物性参数数值的温度称为定性温度。12返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件一、流体在管内的强制对流一、流体在管内的强制对流适用范围：Re10000，0.7Pr160，604.3.5 4.3.5 无相变时对流传热系数的经验关联式无相变时对流传热系数的经验关联式1圆形直管内的湍流13返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件 特征尺寸为管

7、内径di 流体被加热时，k0.4；被冷却时，k0.3。注意事项：定性温度取14返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件强化措施：强化措施：u,u0.8 d,1/d0.2 流体物性的影响，选大的流体 15返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件以下是对上面的公式进行修正：(1)(1)高粘度高粘度 Re10000，0.7Pr60定性温度取tm；特征尺寸为di16返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件(2)l/d60 (3)过渡流（2000Re10000)(4)弯曲管内 17返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件(5

8、)非圆形管强制湍流1)当量直径法2)直接实验法套管环隙:水-空气系统适用范围：12000Re膜 31返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件2.冷凝过程的热阻：液膜的厚度3.蒸汽冷凝的1）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（ts下），kJ/kg。特性尺寸l：管外径do定性温度：膜温 32返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件湍流2）竖壁或竖管上的冷凝层流适用条件：Re1800特性尺寸l：管或板高H定性温度：膜温 33返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件4冷凝传热的影响因素和强化措施1)流体物性 冷凝液,；冷

9、凝液,；潜热r,2)温差 液膜层流流动时，t=tstW，,3)不凝气体 不凝气体存在，导致，定期排放。4）蒸汽流速与流向（u10m/s）同向时，；反向时，；u 34返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件5)蒸汽过热 包括冷却和冷凝两个过程。6)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35返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件沸腾种类沸腾种类 1）大容积沸腾大容积沸腾 2）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？过热度过热度：t=tWts 汽化核心汽化核心：一般为粗糙加热面的

10、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 二、二、液体沸腾液体沸腾36返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件2.沸腾曲线沸腾曲线 1）自然对流阶段 t t5C3）不稳定膜状沸腾 25C t5C工业上：核状沸腾4）稳定膜状沸腾 250C t25C 优点：大，tW小37返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件3、沸腾传热的影响因素及强化措施、沸腾传热的影响因素及强化措施1）液体的性质 强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）2）温差 在核状沸腾阶段温差提高，3）操作压强38返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件4）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39返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件40