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  对传播热_数学_天然科学_专业材料。第五章 传 热 5.4 对传播热 1 概述 对传播热 对传播热是 指活动流体与固 体壁面之间的热 量传送过程,对 传播热与流体的 流动情况亲近相 关。 图5-12 对传播热的温度分布环境 2

  第五章 传 热 5.4 对传播热 1 概述 对传播热 对传播热是 指活动流体与固 体壁面之间的热 量传送过程,对 传播热与流体的 流动情况亲近相 关。 图5-12 对传播热的温度分布环境 2 概述 强制对流 无相变 天然对流 对传播热 有相变 蒸汽冷凝 液体沸腾 3 第五章 传 热 5.4 对传播热 5.4.1对传播热机理和对传播热系数 4 一、对传播热机理 图5-12 对传播热的温度分布环境 5 一、对传播热机理 当湍流的流体流经固体壁面时,将构成湍流 鸿沟层,若流体温度与壁面分歧,则二者之间将 进行热互换。 传热体例 层流内层 湍流边 界层 缓冲层 热传导 热传导和涡传播热 湍流焦点 涡传播热 6 一、对传播热机理 温度梯度 层流内层 湍流边 界层 较大 热阻 较大 缓冲层 湍流焦点 居中 较小 居中 较小 对传播热是集热对流和热传导于一体的分析现象。 对传播热的热阻次要集中在层流内层,因而,减 薄层流内层的厚度是强化对传播热的次要路子。 7 二、热鸿沟层及对传播热系数 热鸿沟层 接近壁面的具有温度梯度的薄流体层定义 为热鸿沟层。在热鸿沟层以外的区域,流体的 温度根基上不异,即温度梯度可视为零。 8 二、热鸿沟层及对传播热系数 图 5-13 平板上的热鸿沟层 9 二、热鸿沟层及对传播热系数 若紧靠壁面处薄层流体内的传热只能是热传 导,因而传热速度可用傅立叶定律暗示,即 dt dQ ? ??dS ( ) w dy 紧靠壁面处 薄层流体的 温度梯度 10 二、热鸿沟层及对传播热系数 按照牛顿冷却定律,流体和壁面间的对传播 热速度方程为 T ? Tw dQ ? ? ? (T ? Tw )dS 1 (? dS ) 换热器任一截 面上热流体的 平均温度 换热器任一截面 上与热流体相接 触一侧的壁温 11 二、热鸿沟层及对传播热系数 因而有 ? dt ? dt ? ?? ( )w ? ? ( )w T ? Tw dy ?t dy 对传播热系数的另必然义式,它表了然对传播 热系数与壁面温度梯度之间的关系。 12 二、热鸿沟层及对传播热系数 当流体流过圆管进行传热时,管内热鸿沟 层的构成和成长。 对于必然的管长,粉碎鸿沟层的成长也能 强化对传播热。 对于统一种流体,强制对传播热的对传播 热系数要大于天然对流的,有相变化的要大于 无相变化的。 13 第五章 传 热 5.4 对传播热 5.4.1 对传播热机理和对传播热系数 5.4.2 对传播热的量纲阐发 14 一、影响对传播热系数的要素 1.流体的品种和相变化的环境 2. 流体的特征:导热系数、黏度、比热容、密 度以及体积膨胀系数 3.流体的温度 4.流体的流动形态 5.流体流动的缘由 6.传热面的外形、位置和大小 15 二、对传播热过程的量纲阐发 量纲阐发步调 1. 按照对问题的察看,找出影响对传播热过程 的要素 2. 通过量纲阐发确定响应的量纲为一数群(准 数) 3.通过尝试确定响应的经验联系关系式公式。 16 二、对传播热过程的量纲阐发 量纲阐发根基根据 量纲阐发的根基根据是π定理:一个暗示n个 物理量间关系的量纲分歧的方程式,必然能够转 换成包含n-m个独立的量纲为一数群间的联系关系式, m指n个物理量中所涉及的根基量纲的数目。量纲 阐发的焦点在于确定 n和m,并用必然技巧将各个 量纲为一数群的内涵确定下来。 17 二、对传播热过程的量纲阐发 1.流体无相变时的强制对传播热过程 (1)列出影响该过程的物理量 ? ? f (l, ?, ?, cp , ?, u) 传热设备的 特征尺寸 18 二、对传播热过程的量纲阐发 (2)确定量纲为一数群的数目 上述7个变量(物理量)涉及到4个根基量纲: 长度、质量、时间和温度 根据π定理,量纲为一数群的数目等于7-4=3 ?1 ? ? (? 2 , ? 3 ) 19 二、对传播热过程的量纲阐发 通过量纲阐发,可确定 ?l ?1 ? ? Nu ? 暗示对传播热系数的准数 努赛尔特数 (Nusselt number) ?2 ? lu ? ? ? Re 雷诺数 (Reynolds number) 暗示惯性力与黏性力之比,是表征流动形态的 准数 20 二、对传播热过程的量纲阐发 ?3 ? cp ? ? ? Pr 普兰德数 (Prandtl number) 暗示速度鸿沟层和热鸿沟层相对厚度的一个参数, 反映与传热相关的流体物性。 因而,有 Nu ? ? (Re, Pr) 强制对流(无相变) 传热时的准数联系关系式 21 二、对传播热过程的量纲阐发 2.天然对传播热过程 (1)列出影响该过程的物理量 ? ? f (l, ?, ?, cp , ?, ? g ??t ) 传热设备的 特征尺寸 感化在单元 体积流体上 的浮力 ?? g ? ? g ??t 22 二、对传播热过程的量纲阐发 (2)确定量纲为一数群的数目 上述7个变量(物理量)涉及到4个根基量纲: 长度、质量、时间和温度 根据π定理,量纲为一数群的数目等于7-4=3 ?1 ? ? (? 2 , ? 3 ) 23 二、对传播热过程的量纲阐发 通过量纲阐发,可确定 ?l ?1 ? ? Nu ? 努赛尔特数 (Nusselt number) 普兰德数 (Prandtl number) ?2 ? cp ? ? ? Pr 24 二、对传播热过程的量纲阐发 ?3 ? l 3 ? 2 g ??t ?2 ? Gr 格拉斯霍夫数 (Grashof number) 暗示由温度差惹起的浮力与黏性力之比 因而,有 Nu ? ? (Gr , Pr) 天然对流(无相变) 传热时的准数联系关系式 25 二、对传播热过程的量纲阐发 3.利用由尝试数据拾掇获得的联系关系式应留意的 问题 ( 1 )使用范畴 联系关系式中 Re 、 Pr 等准数的数值 范畴等; (2)特征尺寸 Nu、Re等准数中的?应若何确定; ( 3 )定性温度 各准数中的流体物性应按什么 温度查取。 26 第五章 传 热 5.4 对传播热 5.4.1 对传播热机理和对传播热系数 5.4.2 对传播热的量纲阐发 5.4.3 流体无相变时的对传播热系数 27 一、流体在管内作强制对流 1.流体在滑腻圆形直管内作强制湍流 (1)低黏度流体可使用迪特斯(Dittus)—贝尔 特(Boelter)联系关系式 Nu ? 0.023Re Pr 0.8 n 或 ? diu ? 0.8 C p ? n ? ? 0.023 ( ) ( ) di ? ? 当流体被加热时, n=0.4 ;当流体被冷却时, n=0.3 。 28 一、流体在管内作强制对流 使用范畴: Re ? 10 4 0.7 ? Pr ? 120 0.7 L / di ? 60 若 L / di ? 60 ,可将由上式求得的值乘以 [1 ? (di / L) ] 进行校正。 特征尺寸:管内径。 定性温度:流体进、出口温度的算术平均值。 29 一、流体在管内作强制对流 (2)高黏度流体可使用西德尔(Sieder)—泰 特(Tate)联系关系式 Nu ? 0.027Re Pr ?? ? diu ? 0.8 C p ? 1 3 ? 0.14 ) ( ) ( ) 或 ? ? 0.027 ( di ? ? ?w 0.8 13 ? 0.14 ?? ? ( ) 考虑热流标的目的的校正项 ?w 壁温下 的黏度 30 一、流体在管内作强制对流 使用范畴: Re ? 10 4 0.7 ? Pr ? 1700 L / di ? 60 特征尺寸:管内径。 定性温度:除μw 取壁温外,均取流体进、出 口温度的算术平均值。 31 一、流体在管内作强制对流 2.流体在滑腻圆形直管内作强制层流 di 1 3 ? 0.14 Nu ? 1.86(Re Pr ) ( ) L ?W 使用范畴: Re ? 2300 0.7 ? Pr ? 6700 Re Pr di / L ? 100 特征尺寸:管内径。 定性温度:除μw 取壁温外,均取流体进、 出口温度的算术平均值。 32 一、流体在管内作强制对流 3. 流体在滑腻圆形直管中呈过渡流 当 Re ? 2300 ~ 10000时,对传播热系数可先用 湍流时的公式计较,然后把算得的成果乘以校正 系数。 ? ? 1 ? 6 ?10 Re 5 ?1.8 33 一、流体在管内作强制对流 4. 流体在弯管内作强制对流 di ? ? ? ? (1 ? 1.77 ) R 管子的弯 曲半径 流体在弯管内流动时,因为受离心力的作 用,增大了流体的湍动程度,使对传播热系数 较直管内的大 34 一、流体在管内作强制对流 5. 流体在非圆形管内作强制对流 流体在非圆形管内作强制对流时,只需将管 内径改为当量直径,则仍可采用上述各联系关系式。 传热当量直径定义: ?? de 4? ? 4 2 (d12 ? d 2 ) ? d2 2 d12 ? d 2 ? d2 事实采用哪个当量直径,由具体的联系关系式决定。 35 练 习 题 目 思虑题 1.对传播热系数的定义是什么?申明对传播热的机 理及求算对传播热系数的路子。 2.量纲阐发的步调,所使用的根基定理是什么? 3.传热过程所涉及到的量纲为一准数的名称、计较 式、寄义是什么 ? 功课题: 11、12、13 36

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