杨凌职业技术学院：《食品工程原理》第四章（4-3） 对流传热

第四章 一、对流传热的分析 传热 二、壁面和流体的对流传 热速率 第三节 对流传热 三、热边界层 下页 國国 2021/2/21

2021/2/21 第四章 传热 一、对流传热的分析 二、壁面和流体的对流传 热速率 三、热边界层 第三节 对流传热

对流传热的分析 滞流内层流体分层运动,相邻层间没有流体的 宏观运动。在垂直于流动方向上不存 在热对流,该方向上的热传递仅为流 流体沿固体 体的热传导。该层中温度差较大,即 壁面的流动 温度梯度较大 缓冲层热对流和热传导作用大致相同,在该层 内温度发生较缓慢的变化。 湍流主体温度梯度很小,各处的温度基本相同。 2021/2/21 上页返回

2021/2/21 一、对流传热的分析 流体沿固体 壁面的流动 滞流内层 缓冲层 湍流主体 流体分层运动，相邻层间没有流体的 宏观运动。在垂直于流动方向上不存 在热对流，该方向上的热传递仅为流 体的热传导。该层中温度差较大，即 温度梯度较大。 热对流和热传导作用大致相同，在该层 内温度发生较缓慢的变化。 温度梯度很小，各处的温度基本相同

滑流内尽 热厦 热N T 传 距腐 对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象。 对流传热的热阻主要集中在滞流内层。减薄滞流内层的厚 度是强化对流传热的主要途径 2021/2/21 上页下及

2021/2/21 对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象。 对流传热的热阻主要集中在滞流内层。减薄滞流内层的厚 度是强化对流传热的主要途径

二、壁面和流体间的对流传热速率 1、对流传热速率表达式 据传递过程速率的普遍关系,壁面和流体间的对流传热速率: 对流传热速率。对流传热推动力=系数×推动力 对流传热阻力 推动力:壁面和流体间的温度差 阻力:影响因素很多,但与壁面的表面积成反比。 对流传热速率方程可以表示为: T-T =a(T-Tyds 牛顿冷却定律 adS 2021/2/21 上页返回

2021/2/21 二、壁面和流体间的对流传热速率 1、对流传热速率表达式 据传递过程速率的普遍关系，壁面和流体间的对流传热速率： 对流传热阻力 对流传热推动力 对流传热速率 = = 系数推动力 推动力：壁面和流体间的温度差 阻力：影响因素很多，但与壁面的表面积成反比。 对流传热速率方程可以表示为： dS T T dQ w  1 − = =(T −Tw )dS ——牛顿冷却定律

在换热器中,局部对流传热系数α随管长而变化,但在 工程计算中,常使用平均对流传热系数,此时牛顿冷却定 律可以表示为:Q=aS△t 2、对流传热系数 对流传热系数a定义式: S△t 表示单位温度差下,单位传热面积的对流传热速率。 单位Wm2k 反映了对流传热的快慢,对流传热系数大,则传热快。 2021/2/21 上页下页返回

2021/2/21 在换热器中，局部对流传热系数α随管长而变化，但在 工程计算中，常使用平均对流传热系数，此时牛顿冷却定 律可以表示为： Q =St 2、对流传热系数 对流传热系数a定义式： S t Q   = 表示单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率。 单位W/m2 .k。 反映了对流传热的快慢，对流传热系数大，则传热快

三、热边界层与换热微分方程式 热边界层(温度边界层) 壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域。 规定T-T=0.99(-7)处为热边界层的界限, 热边界层的厚度常用δ表示。 温度边界层内的温度分布与流动边界层内流体的流动情况 有关: ·在靠近壁的层流内层中流动为层流,热量传递通过导热进 行。温度分布曲线的斜率大(温度梯度大) 2021/2/21 上页下页

2021/2/21 三、热边界层与换热微分方程式 热边界层（温度边界层）： 壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域 。 规定 0.99( ) Tw −T = Tw −T 处为热边界层的界限， 热边界层的厚度常用  T 表示。 温度边界层内的温度分布与流动边界层内流体的流动情况 有关： • 在靠近壁的层流内层中流动为层流，热量传递通过导热进 行。温度分布曲线的斜率大（温度梯度大）

在缓冲层内,由于对 流传热的作用,温度 t 梯度变小。 在湍流核心,质点湍 twr 动强烈,对流很快, 22222222 温度梯度更小。 如果用(O7)表示贴壁处流体的温度梯度 on n=0 aT 则dQ=-AdS 与牛顿冷却定律dQ=aS△7联立: an n=0 2021/2/21 上页下页返回

2021/2/21 •在缓冲层内，由于对 流传热的作用，温度 梯度变小。 •在湍流核心，质点湍 动强烈，对流很快， 温度梯度更小。 如果用 =0         n n T 表示贴壁处流体的温度梯度， 则 =0         = − n n T dQ dS 与牛顿冷却定律 dQ =dST 联立：

λ(aT △T(an —理论上计算对流传热系数的基础 表明:对一定的流体,当流体与壁面的温度差一定时,对 流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度。 热边界层的厚薄,影响层内温度分布,因而影响温度梯度 当边界层内、外的温度差一定时,热边界层越薄,温度梯 度越大,因而α也就上升。因此通过改善流动状况,使层流 底层厚度减小,是强化传热的主要途径之一。 2021/2/21 上页下及

2021/2/21 =0          = − n n T T   ——理论上计算对流传热系数的基础 表明：对一定的流体，当流体与壁面的温度差一定时，对 流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度。 热边界层的厚薄，影响层内温度分布，因而影响温度梯度 。当边界层内、外的温度差一定时，热边界层越薄，温度梯 度越大，因而α也就上升。因此通过改善流动状况，使层流 底层厚度减小，是强化传热的主要途径之一