1、2.4对流传热,流体对流给热过程,流体无相变化的对流给热过程,流体发生相变化的对流给热过程,强制对流给热,自然对流给热,蒸汽冷凝给热,沸腾给热过程,对流传热分析,对流传热主要是依靠质点的移动和混合来完成，故对流传热与流体的流动状况密切相关。,2）层流底层：主要以热传导的方式进行。（导热为主，热阻大，温差大）,1）湍流层：主要以对流方式进行。 (质点相互混合交换热量，温差极小)。,流体作湍流流动时的传热情况：,3）缓冲层：热对流和热传导同时存在，（温度逐渐连续的变化）,结论：,流体作湍流流动时，热阻主要集中在层流底层中。可视为传热边界层的热传导,（2-8）,牛顿冷却定律,2、对流给热方程牛顿冷却
2、定律,令：,(流体被加热）,（流体被冷却）,对流给热系数,定义：表示当传热温度差为1k时，单位时间通过单位传热面积所传递的热量。单位:wm-2k-1,1、影响对流给热系数的因素, 流体物性的影响(密度、导热系数、粘度、比热等),流体的流动类型和对流状况：,流体的相态变化,传热温度,传热壁面形状，排列位置及尺寸大小,2、对流传热过程的特征数,努塞尔数 :,表示给热系数的特征数，并表明换热器壁尺寸L对给热过程的影响，圆管对流传热时=d,雷诺数 ：,确定对流传热时流体流动类型的特征数。圆管对流传热时=d,普朗特数：,表示流体的物理性质对给热系数的影响,格拉晓夫数：,表明因受热而引起的流体自然对流对给
3、热过程的影响。,3、给热系数的特征关系式：,没有相态变化的流体，在湍流流动时的给热系数与影响对流传热各个因素的关系，根据大量实验数据，整理成如下形式：,适用于大多数气体和粘度低于常温下水粘度2倍的流体给热系数的计算， 当流体被加热时n=0.4, 当流体被冷却时n=0.3。,适用条件： Re104；0.750,加热或冷却某些粘性流性，如碳氢化合物，有机溶液等，在圆形直管内湍流流动时,给热系数计算式为：,平均温度下的流体粘度；,固体壁面温度下的流体粘度,沸腾给热,液体沸腾和蒸汽冷凝必须伴有流体的流动，故沸腾给热和冷凝给热同样属于对流传热 ，同时这两种给热过程伴有相变化 。沸腾给热是液体的对流传热过
4、程中，伴有由液相变成气相，即在液相内部产生气泡或气膜的过程。,按设备尺寸、形状分,(1)大容积沸腾：存在自然对流和液体运动。加热壁沉浸在无强制对流液体中所发生的沸腾现象。,(2)管内沸腾：又称强制对流沸腾。液体在一定压差下，以一定u流经加热管时所发生的沸腾现象。,一、大容积饱和沸腾过程分析 1、气泡的生成和过热度 液体的过热是新相-小气泡生成的必要条件。为什么？原因：由于表面张力的作用，要求气泡内的蒸气压力大于液体的压力。而气泡生成和长大都需要从周围液体中吸收热量，要求压力较低的液相温度高于汽相的温度，故液体必须过热 。 2、粗糙表面的气化核心 气泡只能在粗糙加热面的若干点上产生，这种点称为气
5、化核心。无气化核心则气泡不会产生。过热度增大，气化核心数增多。,液体的沸腾,随着传热温差的增大，气泡在传热面上迅速地连续形成并脱开，液体受到强烈搅拌，新传热面也不断暴露，传热膜系数随之不断增大并达到一最大值，这范围称为泡核沸腾区；,继续增大传热温差，蒸汽在传热面上大量形成，以致传热面与液体间形成蒸汽膜层，这样的沸腾称为膜状沸腾,液体通过固体壁面被加热的对流传热过程中，若伴有液相变为气相，及液相内部产生气泡或气膜的过程称为液体沸腾,气泡首先在气化核生成长大脱离浮升，周围液体涌来填补空位，经过加热后产生新的气泡。,2、为保证沸腾装置在核状沸腾状态下工作，使,其措施：恒壁温热源时：应用饱和蒸汽加热器
6、,恒热流热源时：应用电加热器、电炉等加热，并使装置必须严格地使,三、沸腾的计算 沸腾给热的影响因素：,1、液体和蒸气的性质：,2、加热表面的粗糙情况和表面物理性质，特别是液体与表面的润湿性。 3、操作压力和温差。,饱和水蒸气与温度较低的固体壁面接触时，水蒸气放出热量并在壁面上冷凝成液体，冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用形成许多液滴沿壁面落下，这种冷凝称为滴状冷凝,水蒸气冷凝,壁面洁净时，冷凝液湿润壁面而形成液膜，液膜聚厚后液体下流，这种冷凝称为膜状冷凝。,膜状冷凝时化工生产中遇到较多的情况，膜状冷凝时，热量要通过液膜才能进一步传热，增加了传热的热阻，使膜状冷凝时的传热系数值比滴状冷凝时为小。,
