对流传热系数的经验关联式PPT课件.ppt
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1、第3章传热3.4 对流传热系数的经验关联式 3.4.1 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素3.4.2 无相变化时对流传热过程的量纲无相变化时对流传热过程的量纲分析分析 3.4.3 无相变化的对流传热无相变化的对流传热 3.4.4 有相变化的对流传热有相变化的对流传热13.4.1 影响对流传热系数的因素 流动形态 流体流动原因 流体物理性质 传热面形状、位置和大小 相变化2代价:动力消耗。(2)流体流动原因 强制对流:外部机械作功,一般流速较大,也较大。自然对流:由流体密度差造成的循环过程,一般流速较小,也较小。(1)流体流动状态3(3)流体的物理性质(4)传热面的形状、位置和大小 壁
2、面的形状,尺寸,位置、管排列方式等,造成边界层分离,增加湍动,使增大。4(5)相变化的影响 有相变传热:蒸汽冷凝、液体沸腾,无相变传热:强制对流、自然对流,一般地,有相变时表面传热系数较大。例:水强制对流,蒸汽冷凝,53.4.2 无相变化时对流传热过程的量纲分析无相变化时对流传热过程的量纲分析 (1)量纲分析过程)量纲分析过程优点:优点:减少实验次数;依据:依据:物理方程各项量纲一致;步骤:步骤:(a)通过理论分析和实验观察,确定相关因素;)通过理论分析和实验观察,确定相关因素;对流传热系数分析方法对流传热系数分析方法解析法解析法数学模型法数学模型法量纲分析法量纲分析法 实验法实验法6(b)构
3、造函数形式;)构造函数形式;(c)列出量纲指数的线性方程组()列出量纲指数的线性方程组(M、L、T、););(d)规定已知量(指数),)规定已知量(指数),确定余下指数表达式;确定余下指数表达式;(e)整理特征数方程形式。)整理特征数方程形式。7努赛尔数说明:反映对流传热的强弱,包含对流传热系数;说明:反映流动状态对 的影响。l:特征尺寸,平板 流动方向的板长;管 管径或当量直径;(2)特征数的物理意义雷诺数8 普朗特数说明:反映流体物性对传热的影响 使用时注意:*查取定性温度下的物性;*计算所用单位,SI制。9说明:反映自然对流的强弱程度。格拉斯霍夫数(浮升力特征数)强制对流自然对流混合对流
4、10应用准数关系式应注意的问题(1)定性温度n定性温度:决定准数中各物性的温度。n流体的平均温度t=(t1+t2)/2为定性温度;n壁面的平均温度tw为定性温度;n流体和壁面的平均温度(称为膜温)tm=(t+tw)/2为定性温度。n工程上大多以流体的平均温度t=(t1+t2)/2为定性温度。(2)特性尺寸n特性尺寸:量纲为1的数群Nu,Re等中所包含的传热面尺寸。n圆管内:特性尺寸取管内径;n非圆管内:特性尺寸取当量直径,de=4流动截面积/传热周边(3)注意公式的应用条件。113.4.3 无相变化的对流传热(1)管内强制对流传热 一般关系式:传热流动状态划分(传热流动状态划分(区别于流体流动
5、时规律 )流动状态不同,则 K、a、b 值不同12 流体在圆形直管内强制湍流的对流传热系数a)低粘度流体13流体被加热,n=0.4流体被冷却,n=0.3定性温度:tm=(t1+t2)/2 特征尺寸:管内径d0保证流体达到传热湍流;适用条件:说明:避开传热进口段,保证稳态传热。14b)粘度较大粘度较大流体流体近似取:定性温度:定性温度:tm=(t1+t2)/2 特征尺寸:特征尺寸:管内径d0适用条件:15c)流体流过短管(l/d50)影响:处于传热进口段,表面传热系数较大。计算:采用以上各式计算,并加以校正。R 弯管内流体的流动d d)圆形弯管内的强制对流 特点:离心力使径向压力不均,产生二次环
6、流;结果:流体湍动程度增加,使增加;同时,流动阻力损失增加。16 e)圆形直管内过渡流时对流传热系数 计算:采用湍流公式,但需加以校正。说明:设计换热器时,一般避免过渡流。f)圆形直管内强制层流 特点:1)传热进口段的管长所占比例较大;2)热流方向不同,也会影响;3)自然对流的影响,有时不可忽略。17定性温度:tm=(t1+t2)/2;特征尺寸:管内径d。适用条件:当自然对流的影响不能忽略,先由上式进行计算,然后乘以校正系数18 g)非圆形管内强制对流 采用圆形管内相应的公式计算,但特征尺寸采用当量直径。最好采用专用、经验公式。如:套管环隙式中:19例题1:有一双管程列管换热器,由96根25m
7、m2.5mm的钢管组成。苯在管内流动,由20被加热到80,苯的流量为9.5kg/s,壳程中通入水蒸气进行加热。试求:管壁对苯的对流传热系数;若苯的流率增加一倍,其他条件不变,此时的对流传热系数为多少;若管径降为原来1/2,其他条件与相同,此时对流传热系数为多少;20 管外强制对流 a)流体横向流过单管A 流体横向流过单根圆管外时流动情况21常数C、指数n见下表沿整个管周的平均对流传热系数:ReCn0.44440404000400040000400004000000.9890.9110.6830.1930.02660.3300.3850.4660.6180.805特征尺寸:管外径222024/3
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