宁波大学：《化工基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 传热及传热设备——流体无相变时的对流传热

第四章传热及传熟设备 41概述 42热传导 43对流传热 44流体无相变时的对流传热 45流体有相变时的对流传热 46辐射传热 47总传热速率和传热过程的计算 1/28

1/28 第四章 传热及传热设备 4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热 4.4 流体无相变时的对流传热 4.5 流体有相变时的对流传热 4.6 辐射传热 4.7 总传热速率和传热过程的计算

§441流体在管内作强制对流 流体在圆形管内作强制湍流 1低粘度流体 Nu=o023 Re,o Pr ∫n=04被加热 n=03被冷却 思考 为什么加热时n取0.4, 冷却时取03? 2/28

2/28 §4.4.1 流体在管内作强制对流 一、流体在圆形管内作强制湍流 1.低粘度流体    = = = 被冷却 被加热 0.3 0.4 0.023Re Pr 0.8 n n Nu n 思考： 为什么加热时n取0.4， 冷却时取0.3？

一般,液体的Pr>1,Pr04>Pr03,加热 时h较大 这是因为:当液体被加热时,管壁处层流 底层的温度高于液体主体的平均温度,由于液 体粘度随温度升高而降低,故贴壁处液体粘度 较小,使层流底层的实际厚度比用液体主体温 度计算的厚度要薄,h较大。 气体的Pr<1,Pr04<Pr03,冷却时h较 大 这是由于气体粘度随温度升高而增大,气 体被加热时的边界层较厚的缘故。 3/28

3/28 一般，液体的Pr>1 ， Pr 0.4 > Pr 0.3，加热 时h较大。 这是因为：当液体被加热时，管壁处层流 底层的温度高于液体主体的平均温度，由于液 体粘度随温度升高而降低，故贴壁处液体粘度 较小，使层流底层的实际厚度比用液体主体温 度计算的厚度要薄，h较大。 气体的Pr<1 ， Pr 0.4 < Pr 0.3 ，冷却时h较 大。 这是由于气体粘度随温度升高而增大，气 体被加热时的边界层较厚的缘故

2高粘度流体 N=0.023ReM3A)01 =0.023RePr" 应用范围:Re>10000 0.760。 定型尺寸:d 定性温度:μ取壁温作定性温度,其余各物性取液体进出 口平均温度作定性温度 0.14 0.14 液体被加热 ≈1.05,液体被冷却 0.95。 1 4/28

4/28 2.高粘度流体    0.8 1/3 0.1 4 0.8 1/3 0.023Re Pr 0.023Re Pr =         = w Nu 应用范围：Re＞10000； 0.7＜Pr＜16700； L/di>60。 定型尺寸：di 定性温度：μw取壁温作定性温度，其余各物性取液体进出 口平均温度作定性温度。 液体被加热 ≈1.05，液体被冷却 ≈0.95。 0.14          w  0.14          w 

二、流体在圆形管内强制层流 0.14 Nu=1.86Re' Pr3/a 应用范围:Re100 定型尺寸:管内径d; 定性温度:μ取壁温,其余取进、出口温度的算术平均 值 5/28

5/28 二、流体在圆形管内强制层流 1 0.14 1 1 3 3 3 1.86 w d Nu Re Pr l       =         应用范围：Re＜2300；0.6＜Pr＜6700 。 Re Pr 100 L di 定型尺寸：管内径di； 定性温度：μw取壁温，其余取进、出口温度的算术平均 值

流体在圆形管内作过渡流 在Re=2300~10000的过渡区,作为粗略计算,可按湍 流传热的公式计算h值,然后乘以校正系数φ: 6×10 R 6/28

6/28 三、流体在圆形管内作过渡流 在Re=2300~10000的过渡区，作为粗略计算，可按湍 流传热的公式计算h值，然后乘以校正系数φ ： 1.8 5 Re 6 10 1   = −

四、流体在圆弯管作强制对流 流体流过弯曲管道或螺旋管时,由于离心力的作用, 会引起扰动加剧而强化传热,表面传热系数应先按直管经 验式算,再乘以一个大于1的校正系数: h=h1+1.77 R h为直管表面传热系数, d为管内径,R为弯曲半径。 7/28

7/28 四、流体在圆弯管作强制对流 流体流过弯曲管道或螺旋管时，由于离心力的作用， 会引起扰动加剧而强化传热，表面传热系数应先按直管经 验式算，再乘以一个大于1的校正系数：       = + R d h h i ' 1 1.77 h为直管表面传热系数， di为管内径，R为弯曲半径

五、流体在非圆形管中作强制对流 特征尺寸应用当量直径d。当量直径分两种: 种是流体力学当量直径 流动截面积 4 润湿周边长 还有一种是传热当量直径: 流动截面积 =4 传热周边长 例如:内管外径为d2,外管内径为d1的同心套 管环状通道,内管传热时的传热当量直径: 4×2(a;2-d 2 d 4 2 8/28

8/28 五、流体在非圆形管中作强制对流 特征尺寸应用当量直径de。当量直径分两种： 一种是流体力学当量直径： ( ) 2 2 2 2 1 2 2 2 2 1 4 4 d d d d d d de − =  − =   例如：内管外径为d2，外管内径为d1的同心套 管环状通道，内管传热时的传热当量直径： 传热周边长 流动截面积 de = 4 润湿周边长 流动截面积 de = 4 还有一种是传热当量直径：

套管环隙,用水和空气作试验,可得: 0.53 h=0.02 Reo.8 Pr/3 应用范围:Re<12000~220000; 1.65~17 定型尺寸:流体力学当量直径d; 定性温度:取进、出口温度的算术平均值。 9/28

9/28 0.8 1/3 0.5 3 2 1 0.02 Re Pr         = d d d h e  套管环隙，用水和空气作试验，可得： 应用范围：Re＜12 000～220 000； 1.65 ~ 17 2 1 = d d 定型尺寸：流体力学当量直径de； 定性温度：取进、出口温度的算术平均值

§44.2流体在管外作强制对流 分为以下几种情况:平行于管、垂直于 管或垂直与平行交替。 、流体在单管外作强制垂直对流 如图,从A点(约φ=0°)开始,随φ 角增大,管外层流底层逐渐增厚,热阻逐渐增 大,表面传热系数h逐渐减小;边界层分离以 后(约q=80°),因为管子背后形成旋涡 表面传热系数h逐渐增大 10/28

10/28 §4.4.2 流体在管外作强制对流 分为以下几种情况：平行于管、垂直于 管或垂直与平行交替。 一、流体在单管外作强制垂直对流 如图，从A点（约φ ＝0º）开始，随φ 角增大，管外层流底层逐渐增厚，热阻逐渐增 大，表面传热系数h逐渐减小；边界层分离以 后（约φ ＝80º），因为管子背后形成旋涡， 表面传热系数h逐渐增大