第二章传热第三次课优秀课件.ppt

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1、第二章传热第三次课2023/5/23第1页，本讲稿共23页流体强制对流传热 外界机械能强迫流体流过固体壁面的传热。流体自然对流传热蒸汽冷凝传热液体沸腾传热前二者是无相变传热，后二者是有流体相变的传热。对流传热类型第2页，本讲稿共23页流体沿固体壁面的流动 层流内层湍流主体流体分层运动，相邻层间没有流体的宏观运动。在垂直于流动方向上不存在热对流，该方向上的热传递仅为流体的热传导。该层中温度差较大，即温度梯度较大。温度梯度很小，各处的温度基本相同。对流传热分析一、对流传热机理简介第3页，本讲稿共23页在靠近壁的层流内层中流动为层流，热量传递通过导热进行。温度分布曲线的斜率大（温度梯度大）。在缓冲层

2、内，由于对流传热的作用，温度梯度变小。在湍流核心，质点湍动强烈，对流很快，温度梯度更小。第4页，本讲稿共23页二、对流传热方程和对流传热系数 1、对流传热方程 据传递过程速率的普遍关系，壁面和流体间的对流传热速率：对流传热速率方程可以表示为：牛顿冷却定律 第5页，本讲稿共23页2、对流传热系数对流传热系数定义式：表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。单位W/(m2k)。反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快。它不是流体的物理性质，而是受诸多因素影响的一个参数，反映对流传热热阻的大小。第6页，本讲稿共23页第二章 传热一、影响对流传热系数的因素二、流体无相变时的对流传热系数三、流

3、体有相变时的对流传热系数第二节 对流传热系数关联式 第7页，本讲稿共23页一、影响对流传热系数的因素 1、流体的种类和相变化的情况 2、流体的物性1）导热系数 层流内层的温度梯度一定时，流体的导热系数愈大，对流传热系数也愈大。2）粘度 流体的粘度愈大，对流传热系数愈低。3）比热和密度第8页，本讲稿共23页 cp：单位体积流体所具有的热容量。cp值愈大，流体携带热量的能力愈强，对流传热的强度愈强。（4）体积膨胀系数 体积膨胀系数值愈大，密度差愈大，有利于自然对流。对强制对流也有一定的影响。3、流体的温度4、流体流动状态 湍流的对流传热系数远比层流时的大。第9页，本讲稿共23页5、流体流动的原因

4、强制对流：自然对流：由于外力的作用 由于流体内部存在温度差，使得各部分的流体密度不同，引起流体质点的位移单位体积的流体所受的浮力为：6、传热面的型状、大小和位置 第10页，本讲稿共23页二、对流传热过程的关联式1、用关联式法确定有关的准数列出影响该过程的物理量，并用一般函数关系表示。影响因素：流体的物性、固体表面的特征尺寸、强制对流特征、自然对流特征。第11页，本讲稿共23页表2-7 准数的符号和意义准数名称 符号 准数式 意义努塞尔准数（Nusselt）Nu表示对流传热的准数 雷诺准数（Reynolds）Re确定流动状态的准数普朗特准数（Prandtl）Pr表示物性影响的准数格拉晓夫准数（G

5、rashof）Gr表示自然对流影响的准数第12页，本讲稿共23页2、应用准数关联式应注意的问题：1）定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定 取流体进出口的平均温度；取壁面的平均温度；取流体和壁面的平均温度。2）特征尺寸：Nu，Re数中L应如何选定。3）特征速度。4）热流方向的影响。第13页，本讲稿共23页三、流体无相变时的对流传热系数1、流体在管内作强制对流1）流体在圆形管内作强制湍流低粘度流体 大约低于2倍常温水的粘度流体 式中：当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。第14页，本讲稿共23页管长与管径比 应用范围：特征尺寸：Nu、Re等准数中的l取为管内径di。定性温度：取

6、为流体进、出口温度的算术平均值。高粘度的液体 为考虑黏度校正系数。第15页，本讲稿共23页 应用范围：特征尺寸：取为管内径di。定性温度：除w取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的算术平均值。例 常压空气以15m/s的平均流速流过内径为53mm，长为4m的直管道。已知空气的进口温度为150，出口温度为250，求空气的对流传热系数。第16页，本讲稿共23页解 特征尺寸di=53mm，定性温度t=由附录查得定性温度下空气物性：=3.9210-2W/(m)Pr=0.680，=2.6010-5Pas，=0.746kg/m3可用下式计算，因空气被加热取n=0.4第17页，本讲稿共23页四、流体有相变时的

7、对流传热1、蒸汽冷凝蒸汽冷凝的方式 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 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 第18页，本讲稿共23页第19页，本讲稿共23页v膜状冷凝壁面被液膜所覆盖，冷凝液膜是膜状冷凝的主要热阻工程上要保持滴状冷凝很困难。即使在开始阶段为滴状冷凝，但经过一段时间后，由于液珠的聚集，大部分都要变成膜状冷凝。为保持滴状冷凝，可采用各种不同的壁面涂层和蒸汽添加剂。在进行冷凝计算时，为安全起见一般按膜状冷凝来处理。膜状冷凝和滴状冷凝的比较v滴状冷凝壁面的大部分直接暴露在蒸汽中，对流传热膜系数很大第20页

8、，本讲稿共23页2、液体沸腾时的对流传热系数 液体沸腾 大容积沸腾 管内沸腾 1）沸腾曲线 当温度差较小时，液体内部产生自然对流，较小，且随温度升高较慢。当 t逐渐升高，在加热表面的局部位置产生气泡，该局部位置称为气化核心。气泡产生的速度 t随上升而增加，急剧增大。称为泡核沸腾或泡状沸腾。第21页，本讲稿共23页第22页，本讲稿共23页 当 t再增大，加热面的气化核心数进一步增多，且气泡产生的速度大于它脱离表面的速度，气泡在脱离表面前连接起来，形成一层不稳定的蒸汽膜。由核状沸腾向膜状沸腾过渡的转折点C称为临界点。临界点所对应的温差、热通量、对流传热系数分别称为临界温差，临界热通量和临界对流传热系数。当 t再增大，由于加热面具有很高温度，辐射的影响愈来愈显著，q又随之增大，这段称为稳定的膜状沸腾。工业生产中，一般应维持在泡状沸腾区域内操作。第23页，本讲稿共23页