6.3对流 (课件)《化工原理第四版》同步教学（化学工业出版社）

6.3对流 2024 6.3对流 6.3.1 对流形式 1.对流 2.热量衡算 静止流体, 水平方向无载热 流动流体, 水平方向有载热 对流的物理本质—流动流体的载热 由 可知温度分布，由 可得 qW流动>qW静止 3.2 两种对流形式 自然对流与强制对流  1. 自然对流: 流体温度差,引起密度差, 导致宏观流动 加热面t↑,ρ↓热流体上升 Δp=ΔρgL, Δρ=ρβΔt, β 膨胀系数 , u∝ 自然对流的冷源、热源应放在恰当的位置 自然对流的冷源、热源应放在恰当的位置 2．强制对流 在外力或Δp作用下引起流动 3.3 对流给热过程的数学描述 1．牛顿冷却定律 其中：TW: 壁温；T: 流体主体温度； α：给热系数 W/m2℃ 工程处理方法—分离变量法 ① 便于分解组合传热系数K ②将总过程(K的确定) 分解成几个子过程 例如：确定K的过程中,冷热流体各有10种情况, K有100种 ③为强化传热提供依据 强化传热应从哪一侧着手 存在问题: ①α中仍有ΔT影响 ②α仍要实验解决 2．α的影响因素 ①物性：ρ, μ, Cp, λ ②设备因素(定性尺寸)：l ③流动因素：强制对流：u 自然对流： βgΔt α=f (ρ, μ, λ, l, u, βgΔt, Cp) 基本量纲4个(M,L,T,θ)，变量8个， 无量纲准数=8-4=4，即 Nu=f(Re, Pr, Gr) 强制对流Nu=f(Re, Pr); 自然对流Nu=f(Gr, Pr) 物理意义： —表征与纯导热相比,对流给热系数 增大的倍数 Gr—由u∝ 得 表征自然对流的流动状况 Pr—反映物性对给热过程的影响 3. 定性温度 两种：①膜温 较本质，但使用不便 ②主体平均温度 使用方便 4.定性尺寸 管内强制流动 d 管外自然对流 水平放d 垂直放L 如何实验测定α dQ=qdA=α(tW-t)πddL=qmCpdt 积分得 Q=αΔtmπdL=qmCp(t2-t1) 测量 tW1, tW2, t1, t2, qm 可求得α 3.4 无相变对流α经验关联式 1. 圆形直管内强制湍流α Nu=0.023Re0.8Prb b=0.4流体被加热, b=0.3流体被冷却 或 1)经验关联式应用时要注意： ①适用范围: Re>104, 0.7<Pr<160, μ<2μ水， L/d>30~40 ②定性温度：主体平均温度 或 ③特性尺寸:管径 d 影响因素分析： α∝ ∝ 而 hf∝ ∝ 空气 Pr=0.7 b↑ Prb↓ 水 Pr=7 b↑ Prb↑ 2) 应用范围的拓宽 a. 高粘度修正 工程处理 加热 , 冷却 b．2000<Re<104过渡区 α过=fα湍 校正系数 α过<α湍 c．弯管 , R: 弯管的曲率半径 c．非圆形管 2．大容积自然对流α Nu=A(GrPr)b 应用注意： ①定性温度：膜温 ②定性尺寸：垂直方向 ③A, b 值又与(GrPr)有关。 自动模化区— α与L大小无关 讨论题： ①春天的温度分布曲线？ ②加一保温层后的温度分布？ 讨论题： ①春天的温度分布曲线？ ②加一保温层后的温度分布？ 例1 用饱和水蒸气加热空气, 内壁温度tW=140℃,内管内径60mm, 流量qm=0.129kg/s。 求：①传热面积A; ②若空气流量加倍, t2仍为原要求, 则A’=? 解：①在100℃下,μ=0.022mPas, Cp=1.01kJ/kg℃, λ