4.3对流传热（课件）《化工原理（第五版）》同步教学（化学工业出版社）

4.3 对流传热 1 1 PART ONE 第三节 对流传热 3 一、对流传热方程 第三节 对流传热 dA qm2， t2 qm1，T1 qm2，t1 qm1， T2 1、对流传热过程 3 4 t tW TW T A2 A1 传热壁 冷流体 热流体 T t 湍流主体 温度梯度小，热对流为主 层流内层 温度梯度大，热传导为主 过渡区域 热传导、热对流均起作用 单击此处编辑母版文本样式 二级 三级 四级 五级 4 5 式中 Q ── 对流传热速率，W； 1 、 2 ── 热、冷流体的对流传热系数， W/(m2·K)； T 、TW、t、tW ── 热、冷流体的平均温度及 平均壁温，℃。 冷流体： 热流体： 牛顿冷却定律 2、对流传热方程 5 6 2、流体流动起因 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。 强制 > 自然 二、影响对流传热系数的因素 1、流体的物性 ，，，cp 6 7 自然对流的产生： 设 热处：t2，2； 冷处：t1，1 ——体积膨胀系数，1/C. 或 而 得： 或 7 8 由温度差而产生的单位体积的升力： 加热板 冷却板 8 9 4、流体相态变化 相变 > 无相变 5、传热面的情况 3、流体流动状态 湍流 > 层流 形状——管、板、管束等； 大小——管径、管长、板厚等； 位置——管子的排列方式，垂直或水平放置。 9 10 三、对流传热的特征数关系式 变量数 8个 基本因次 4个：长度L，时间T，质量M，温度 无量纲特征数（8-4）=4 无相变时 1、量纲分析法 10 11 （1） 努塞尔特（Nusselt ）数 表示对流传热系数的特征数 （2）雷诺（Reynolds）数 反映流体的流动状态对对流传热的影响 2、相关特征数 11 12 （3） 普兰特（Prandtl）数 反映流体的物性对对流传热的影响 （4）格拉斯霍夫（Grashof）准数 表示自然对流对对流传热的影响 一般形式：Nu=f (Re, Pr, Gr) 简化：强制对流 Nu=f (Re, Pr) 自然对流 Nu=f (Pr, Gr) 12 13 3、使用准数关联式时注意 （1）应用范围 （2） 特征尺寸 （3）定性温度 强制对流 自然对流 无相变 有相变 蒸汽冷凝 液体沸腾 13 14 四、流体无相变时对流传热系数的经验关联式 （一）流体在管内强制对流传热 1、圆形直管强制湍流 流体被加热 n=0.4 流体被冷却 n=0.3 ・应用范围：Re >104, Pr=0.7~160, L/d >60, <2 cP ・定性温度：流体进出口的算术平均值 ・特征尺寸：管内径 （1）低黏度流体 14 15 讨论： ・ 加热与冷却的差别： 液体 气体 ・ 影响因素 15 16 当L/d < 60，乘校正系数 工程处理： 加热： 冷却： （2）高黏度流体 （3）短管 16 17 （4） 弯管 （5）非圆形管道 用当量直径计算。 17 18 2. 圆形直管内过渡区时 2300 < Re < 104 18 19 3. 圆形直管内强制层流 （1）随热流方向不同，速度分布情况不同； （2）自然对流造成了径向流动，强化了对流传热过程。 对于液体 19 20 自然对流可以忽略： Gr < 25000 自然对流不能忽略：Gr>25000 乘校正因子： 适用范围： 定性温度： 特征尺寸：管内径 20 21 （二）流体在管外强制对流传热 1. 流体在管束外垂直流过 21 22 应用范围：Re=5000~70000; x1/d=1.2~5; x2/d=1.2~5 特征尺寸：管外径；流速取各排最窄通道处 定性温度：进、出口温度平均值 Nu=C Ren Pr0.4 平均对流传热系数： 22 23 2．流体在换热器管间的流动 折流挡板形式： 圆缺形 圆环／圆盘形 设置折流挡板目的： 增加壳程流体的湍动程度，进而提高壳程的。 23 24 （三）大空间自然对传热 定性温度：膜温（tm+tw）/2 特征尺寸：垂直的管或板为高