浙江大学：《化工原理》本科课程教学资源（PPT课件）第四章 热量传递基础动量传递（4.3）对流传热

幻灯片2目录 四章热量传递基动 §43对流传热 §4.3.1理论分析法求o §432实验方法求o §433类比法求 对流传热系数小结 的数量级 浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 1/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 1/20 §4.3 对流传热 §4.3.1理论分析法求 §4.3.2实验方法求 §4.3.3 类比法求 对流传热系数小结 的数量级 幻灯片2目录

§4.3对流传 热 什么是对流传热? 自然对流 强制对流 Md Q 边界层是对流传热 的主要热阻所在。 电热炉烧水 流动的流体与外界的传热 静止流体与外界的传热 牛顿冷却定律:Q=aA(t1-t2) 浙江大学本科生课程 对流传热系数,W/mK 化工原理 第四章热量传递基础 2/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 2/20 牛顿冷却定律： ( ) 1 2 Q = A t − t § 4.3 对流传 热 什么是对流传热？ 流动的流体与外界的传热 静止流体与外界的传热 1 t 2 t Q Q 电热炉烧水 强制对流 自然对流 对流传热系数，W/m2K 边界层是对流传热 的主要热阻所在。 t tw Q

§4.3对流传 热 的获得主要有三种方法: 1.理论分析法: 建立理论方程式,用数学分析的方法求出o的精确 解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简 单的几个传热过程,如管内层流、平板上层流等 2.实验方法* 用因次分析法、再结合实验,建立经验关系式 3.类比方法: 把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比 到热量传递过程。 浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 3/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 3/20 的获得主要有三种方法： § 4.3 对流传 热 1．理论分析法： 2．实验方法* ： 3．类比方法： 用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。 把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比 到热量传递过程。 建立理论方程式，用数学分析的方法求出的精确 解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简 单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等

§4.31理论分析法求a 回忆:第一章范宁因子∫的理论求解过程: 连续性方程和NS方程,得到速度场→壁面处的速度梯度 2 壁面 →壁面力→∫= 222 ------5 222222222 22222222 222222222222222 浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 4/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 4/20 连续性方程和N-S方程，得到速度场→壁面处的速度梯度 →壁面力 → 壁面 y v   w  2 2 u f w   = §4.3.1 理论分析法求 回忆：第一章范宁因子f 的理论求解过程：

§431理论分析法求a a的理论求解过程为: 解能量方程,得到温度场→丶壁面处的温度梯度 壁面 壁面 ≤99%的 8t 区域,称为热边界层 平板上的边界层 边界层是对流传热 的主要热阻所在。 )浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 5/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 5/20 解能量方程，得到温度场→壁面处的温度梯度 壁 面 y t   → (t t) y t w x −   − = 壁 面   的理论求解过程为：  99% − −  w w t t t t 的 区域，称为热边界层 u u u t  u t  t  t  t δ δt 图 平板上的边界层 边界层是对流传热 的主要热阻所在。 §4.3.1 理论分析法求

§432实验方法求o 因次分析法: 影响α的因素主要有: 1.引起流动的原因:自然对流和强制对流 2流动型态:层流或湍流 3流体的性质:p、μ、c、λ等 4.传热面的形状、大小、位置:如圆管与平板、垂直与水平 管内与管外等 5有相变与无相变:c或汽化潜热r 或,元,或BMg) P 定理:无因次数群个数=变量数7-基本因次数=3个 浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 6/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 6/20 定理: 无因次数群个数= 变量数7 − 基本因次数4 = 3个 影响的因素主要有： 1.引起流动的原因：自然对流和强制对流 2.流动型态：层流或湍流 3.流体的性质：、、cp、等 4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、 管内与管外等 5.有相变与无相变： cp或汽化潜热r §4.3.2 实验方法求 f ( c r l u tg)  = ，， p 或 ，， ， 或 因次分析法：

§432实验方法求a 无因次数群: 努塞特准数,表示导热热阻与对流热阻之比 普兰特准数,反映物性的影响。 一般,气体的Pr1 L e 或Gr= BAtgl'p 格垃霍夫准数Gr是雷诺数的一种 变形,表征自然对流时的“雷诺数 浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 7/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 7/20  l Nu = a c p    Pr = =         = = 2 3 2 Re      tgl Gr ud 或 ------格垃霍夫准数Gr是雷诺数的一种 变形，表征自然对流时的“雷诺数 ” 无因次数群： -----努塞特准数，表示导热热阻与对流热阻之比 §4.3.2 实验方法求 -----普兰特准数，反映物性的影响。 一般，气体的Pr1

§432实验方法求a 故 M=f(Re或G,Pr) 定性温度:主体平均温度t=进+t 膜温t 壁+t主体 2 浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 8/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 8/20 Nu = f (Re或Gr，Pr) 定性温度：主体平均温度 2 t 进 t 出 t m + = 膜温 2 t 壁 t 主 体 t m + = 故 §4.3.2 实验方法求

§432实验方法求o 对流传热系数经验式: (一)无相变时 1、管内层流时 见教材P204页式(4-78) 使用范围为: 管子的进口段, 0.4825000,需考虑自然对流对传热的影响,式(4-78) 乘上一个大于1的校正系数: f=0.81+0.015G3>1 浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 9/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 9/20 对流传热系数经验式: （一） 无相变时 0.8 1 0.015 1 3 1          f = + Gr 当Gr>25000，需考虑自然对流对传热的影响，式（4-78） 乘上一个大于1的校正系数： §4.3.2 实验方法求 1、管内层流时 见教材P204页式（4-78） 使用范围为： 管子的进口段， 恒壁温、 Re<2300、 0.48<Pr<16700， Gr<25000（自然对流影响可以忽略）， 温差（壁温与流体主体温度之差）不大

(一)无相变时 oud 见 2.管内湍流时 =0.4被加热 Nu= 0.023 Re. Pr n=03被冷却(教材式4-73) 适用范围:光滑管 Re>10 0.7<Pr<160 思考1 充分发展段,即Ld≥50或60为什么加热时n取04, 低粘度(<2μ水) 冷却时取03? 温差(t-t)较小 思考2 t址+t 定性温度:tm 出 a与u、d有何比例 2 关系? 0.8 定性尺寸:管内径 0.2 浙江大学本科生课程 化工原理 第四章热量传递基础 10/20

浙江大学本科生课程 化工原理 第四章 热量传递基础 10/20 2． 管内湍流时    = = = 被冷却 被加热 0.3 0.4 0.023R e Pr 0.8 n n N u n 适用范围：光滑管 Re>104 0.7<Pr<160 充分发展段，即 L/d50 或 60 低粘度（<2水） 温差（tw-t）较小 定性温度： 2 t 进 t 出 t m + = 定性尺寸：管内径 0 2 0 8 . . d u    d Nu = a c p    Pr = = 思考2： 与u、d有何比例 关系？ （教材式4-73） 思考1： 为什么加热时n取0.4， 冷却时取0.3？ （一） 无相变时