1、4.3 对流传热,4.3.1 对流传热分析,（1）流体主流：由于流体内漩涡丛生，流体各部分激烈混合，所以传热热阻很小，横向（径向）的温度趋于一致； （2）层流底层：传热以导热方式进行的，流体膜虽薄，却是对流传热的主要热阻所在，温度降也主要集中在层流底层中。温度分布为一直线； （3） 过渡区：温度分布为一曲线,4.3.2 对流传热的分类,无相变,强制对流流体在外力作用下强制流动引起的传热,自然对流流体内部存在温度差而产生内循环,有相变,蒸汽冷凝传热,液体沸腾传热,设a处密度为，b处的密度为,a、b两点的压力差,环流速度：,4.3.3 对流传热速率方程（牛顿冷却定律）,假设： （1）热流体温度T和
2、固体壁面温度TW之差全部集中在厚度t的有效膜层内； （2）穿过有效膜的传热方式仅为热传导。,根据傅立叶定律，有：,热流体被冷却，从热流体主体向固体壁面的对流传热。,冷流体被加热，从固体壁面向冷流体主体的对流传热。,上两式称为对流传热速率方程，也称为牛顿冷却定律,常见流体流动类型的大致范围,4.3.4 影响对流传热系数的因素,流体类型与物性：，C 流体的流动状态 ：湍流、层流 、过渡流 传热面特性尺寸：形状（如圆管、平板、管束）、大小（如管长l、管径d等）以及位置等 对流流动的起因 ：强制对流：流速u；自然对流：浮升力gt 流体的相变化：蒸汽的冷凝，液体的沸腾等；有相变的值比无相变时大很多,获得
3、的主要方法：,理论分析法解析求解、数值求解 实验法：半理论半经验方法，是目前的主要方法。,无相变时变量8个，基本因次4个，由定理无因次准数n=8-4=4个,定理：,基本因次有4个：长度m，时间s，质量kg，温度K,无相变时变量数有8个：,准数的物理意义,注意： a. 应用范围：各准数关联式都有一定适用范围（实验范围），外推是不可靠的； b. 定性温度：流体和传热面的温度是沿程变化的，流体物性也是变化的； c. 特性尺寸：传热面几何因素有时很复杂，选取起决定作用的几何参数作特征尺寸。,4.3.5 对流传热系数经验关联式,1、流体在管内强制对流,讨论：（a）适用范围：Re104,0.7Pr160，
4、低粘度；特性尺寸：管内径d；定性温度：流体平均温度，t=(t1+t2)/2,T=(T1+T2)/2；,一、流体无相变时的对流传热系数,(1)、流体在圆形直管内强制湍流,（b）高粘度流体：,(2)、流体在圆形直管内强制过渡流,(3)、流体在圆形直管内强制层流,即：,当壁温不好测量时,取,R圆形弯管的曲率半径,(4)、流体在圆形弯管内的流动,(5)、流体在非圆形直弯管内的强制对流,2、管外强制对流,流体在管外垂直流过时的传热系数沿管表面的变化,工业上常见的是在换热器内流体横向流过管束的情况,(1)直列 (2)正三角形错列 (3)正方形错列,（2）、流体在管束外强制对流,式中常数c、n与管束的排列方
5、式、管子所在位置有关。 整个管束的平均传热系数为：,式中：定性温度为流体平均温度；定性尺寸为管外径；流速取垂直于流动方向最窄处的流速。,（1）、流体在单管外强制对流,当Re=8103时,当Re1032105时,（3）、换热器壳程的传热 ( 壳层是圆筒状，各排的管数不同。换热器内装有圆缺挡板，大部分是横向流过管束，但在绕过析流档板时，变更了流向，不垂直于管束。 ),上式中，特性温度除w取壁温外，其余均取流体平均温度。特性尺寸采用当量直径de 。,管子为正方形直列时：,管子为三角形错列时：,流速u按最大流通截面A计算：,常用的列管换热器，大多装有折流挡板，各排的管数不同。,3、自然对流的传热系数
6、(大型冷库内冷却蛇管),定性温度取壁温tW与流体平均温度tm的平均值，称为膜温； 定性尺寸根据情况决定。C和n可通过实验测得。,二、 有相变时的对流传热,1、蒸汽冷凝的对流传热,（1）膜状冷凝与滴状冷凝,传热推动力：t=ts - tW,工业上应用较多的是膜状冷凝,根据傅立叶定律：,（2）蒸汽冷凝对流传热系数,蒸汽在水平管外冷凝,蒸汽在垂直管外冷凝,（3）影响冷凝传热因素及强化传热方法,不凝性气体的存在，使传热系数降低。在冷凝器上方应设有排气口。过热蒸汽的冷凝：推动力仍为 t=ts-tW 冷凝潜热,蒸汽的流向及流速：影响液膜的厚度。蒸汽入口设在换热器的上方强化传热的基本方法：有效减小液膜的厚度、
7、,2、液体沸腾,沸腾传热的推动力为：t=tw-ts 两种沸腾：管内沸腾和大容积沸腾,（1）沸腾现象：,沸腾的条件：过热度t=tw-ts 汽化核心气泡易在凹缝中产生。产生的气泡不断生成、长大、脱离加热面，使沸腾传热系数大大加大。核状沸腾好，工业上采用。,（2）影响沸腾传热的因素：,液体的性质：表面张力，cp加热表面的粗糙情况和表面物理性质操作压强和温度差,（3） 沸腾传热的计算,式中：A和B通过实验测定，不同表面与液体的组合其值不同；t=tw-ts tw 壁温 ts 蒸汽的饱和温度。,（4） 沸腾传热过程的强化,液体物性： 和增大， 和减小，有利于沸腾传热；加入少量的某种添加剂以改变沸腾液体的表面张力 ； 加热面状况：表面粗糙，孔膜多，可提供较多的汽化核心；温度差和压力：过热度tW-ts愈大，或tW-ts恒定提高压差，有利沸腾传热。,小 结,针对所要处理的传热问题，选择适当的关联式； 注意经验公式的使用范围、特性尺寸和定性温度； 分析传热过程的影响因数，提出强化传热的途径； 值的大致范围：,
