1、化工原理,第三节 对流传热,3-3-1 对流传热分析,3-3-2 牛顿冷却定律及对流传热系数,3-3-3 对流传热中量纲分析法的应用（的求算）,3-3-4 无相变时的对流传热系数的确定,3-3-5 有相变时流体对流传热系数的确定,第四节 传热计算,3-4-1 热负荷的确定,3-4-2 总传热速率方程,3-4-3 总传热系数K,3-4-4 平均温度差法,书面作业:,P174,(14)(19),3-3-2 牛顿冷却定律及对流传热系数,一、对流传热速率方程,流体与壁面间的对流传热速率由牛顿冷却定律表达式：,对流传热系数和传热面积以及温度差相对应。,见图,二、 对流传热系数及其影响因素,对流传热系数的
2、物理意义 表示流体与壁面间温差为时，单位时间通过单位面积以对流传热方式传递的热量。表示了对流传热的强度,影响的因素:,.流体的种类及相变化情况,.流体的物理性质、Cp、,.流体运动状态 依Re划分,.对流状况 自然对流、强制对流,.传热壁的形状、大小及安装位置,返回,3-3-3对流传热中量纲分析法的应用（的求算）,对不同的传热情况，需选用不同的对流传热的关联式，注意关联式的使用条件：适用范围、定性温度、特征尺寸。,返回,3-4-1 热负荷(数值上等于传热速率）的确定,根据能量衡算，单位时间内热流体放出之热量等于冷流体吸收的热量，即QQhQc,无相变时 QhWhCph(T1-T2) QcWcCp
3、c(t2-t1) 有相变时 QhWhrnQcWcrc,返回,3-4-2 总传热速率方程,冷、热流体通过间壁的传热过程是热流体与壁面的对流传热，壁内的导热和另一侧壁面与冷流体的对流传热三个环节的串联过程。对于稳定传热过程，冷、热流体间的传热速率：,返回,3-4-3 总传热系数K,1.外表面为基准的总传热系数（不包括污垢热阻）计算式为：,2.以外表面为基准的总传热系数（包括污垢热阻）计算式为：,推导,例,3 提高总传热系数的途径,推导,返回,3-4-4 平均温度差,一、恒温传热：,二、变温传热：1、逆流或并流,当 2时,例,2、错流和折流时的 按逆流计算，加以校正，即,式中 按逆流计算的对数平均温
4、差， 温差校正系数， =f(P，R) ，,例：P155例3-7，R=0.5,P=0.57查图,返回,热传递三种基本方式：传导、对流和辐射。,传热过程的总热阻1/K是由各串联环节的热阻叠加而成，原则上减小任何环节的热阻都可以提高传热系数。但是，当各个环节的热阻相差较大时，总热阻的数值将主要由其中的最大热阻所决定。此时强化传热的关键在于提高该环节的传热系数。,例如：当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时，污垢热阻式可简化为1/k=1/1+1/2,若12，则1/k1/2，欲要提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的2。若污垢热阻为控制因素，则必须设法减慢污垢形成的速率或及时清除污垢。,返回,14.在列管
5、式换热器中用冷水冷却油。水在直径为192mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W(m2)，管外油侧对流传热系数为258W(m2)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.000 26m2W，油侧污垢热阻为0.000 176m2W。管壁导热系数为45W(m)，试求： （1）基于管外表面积的总传热系数； （2）产生污垢后热阻增加的百分数。,解:1、基于管子外表面积的总传热系数KO：,W(m2),2、产生垢淀后热阻增加的百分数,返回,T 热流体平均温度,t 冷流体平均温度,壁温TW,壁温tW,假设对流传热过程是在厚度为t的有效膜内进行的，而且膜内只有热传导，t是
6、集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜厚。,T,t,tW,TW,返回,大案要案,返回,无相变流体的确定(因次分析法),.找出影响因素。 f(、Cp、L、u、gt),.列出各物理量因次。,.因次分析=M-3T-1 =ML-3T-1 =ML-3 =ML-1-1 L=L M0L00T0=M-3T-1/(ML-3)x1(ML-1-1)y1(ML-3T-1)Z1LW1 解得:X1=0 Y1=0 Z1=1 W1=-1 1=L/=Nu努塞尔特准数 2=uL/=Re雷诺准数 3=Cp/=Pr普兰特准数 4=gtL32/2=Gr格拉斯霍夫准数,.关联式 f(Nu，Re，Pr，Gr)=0 或 Nu=CRemP
7、rnGri c、m、n、i由实验测得,返回,对流传热系数的经验关联式,一.管内的强制对流,(1)流体在圆形直管内作强制湍流,Nu=0.023Re0.8Prn 或 =0.023Re0.8Prn/d (流体被加热 n=0.4； 流体被冷却 n=0.3),(2)流体在圆形直管内作强制层流,Nu=Nu0.8(1+0.015Gr(1/3),(3)流体在圆形直管的过渡区流动,=1-（6105/Re1.8),二.管外强制对流,(1)流体垂直于管束流动(如图为换热器折流挡板示意图） 管子的排列方式-直列、错列 直列管束: Nu=0.26Re0.6Pr0.33 ；错列管束: Nu=0.33Re0.6Pr0.33
8、,(2)流体在换热器管间流动,Nu=cPrnGri Nu=c(PrGr)n c,n 查表可知,返回,返回,一.蒸汽冷凝,饱和蒸汽ts和冷壁面tw接触（tstw） 蒸汽放出潜热在壁面凝成液体膜状液体和滴状液体,1、膜状冷凝（可润湿）,壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，与直接接触壁相比，附加了液膜的热阻.因 液小，所以R液大，所以Q变小.越厚，传热效果越差。,2、滴状冷凝（不润湿）,表面张力F液滴长大降落带走下方液滴，壁面重新覆盖。蒸汽与大部分壁面接触，无附加热阻。,二、液体的沸腾传热,在液体的对流传热过程之中，伴有由液相变为气相，即在液相内部产生气泡或气膜的过程，称为液体沸腾（又称沸腾传热）
9、。,工业上液体沸腾的方法有两种：一种是将加热壁面浸没在无强制对流的液体中，液体受热沸腾，称为大容积沸腾；另一种是液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾。,如图为水的沸腾曲线，它从一个方面可以说明液体沸腾的规律。,返回,热流体一侧对流传热速率：,间壁导热速率：,冷流体一侧对流传热速率：,T,t,tW,TW,三式相加得：,与总传热速率方程dQKdS(T-t) 相比，得：,若为平壁，dS= dSi= dSm= dS0，则：,若为圆筒壁，dS dSi dSm dS0，则： 1、以外表面为基准（ dS= dS0 ） 的总传热系数K0：,2、以内表面为基准（ dS= dSi ） 的总传热系数Ki：（同理可
10、得）,3、以平均传热面积为基准（ dS= dSm ） 的总传热系数Km：（同理可得）,返回,t1,t2,T1,T2,L（管长）,t1,T2,T1,t2,t1,t2,T1,T2,L（管长）,t1,T2,T1,t2,动画,返回,有一列管换热器，热水走管内，冷水在管外，逆流操作。经测定热水的流量为200kgh，热水进出口温度分别为323K、313K，冷水的进出口温度分别为283K、296K换热器的传热面积为185m2。试求该操作条件的传热系数K值。,解：水的平均比热取4.18 kJ/（kgK）换热器的热负荷为：,Q=WcP（T1-T2）=,传热温度差 T 323313 因 t1=30 t 296283 t2 = 27 t 27 302，所以,返回,P,R,0.57,0.91,返回,T 热流体平均温度,t 冷流体平均温度,壁温TW,壁温tW,T,t,tW,TW,返回,热流体一侧对流传热速率：,间壁导热速率：,冷流体一侧对流传热速率：,T,t,tW,TW,三式相加得：,与总传热速率方程dQKdS(T-t) 相比，得：,以外表面为基准（ dS= dS0 ）的总传热系数K0：,返回,
