材料科学与工程课件2-3 对流换热 .ppt

影响表面传热系数的因素 1、概述 大容器沸腾 管内强制对流换热 传 热 学 1 竖板 2 水平管 3 水平板 4 竖直夹板 自然对流换热可分成无限空间对流换和有限空间对流换热两类 传 热 学 3.4.1 无限空间中的自然对流换热 1） 换热过程分析 传 热 学 物理意义：反映了流体温差引起的浮升力导致的自然对流流场中的流体惯性力与其粘性力的对比关系。 当Gr109时，自然对流边界层就会失去稳定而从层流状态转变为紊流状态。 2） 自然对流换热准则方程式为 传 热 学 式中：定性温度采用 特征长度的选择：竖壁和竖圆 柱取高度，横圆柱取外径。 工程中广泛使用的是下面的关联式： 传 热 学 E-Mail:clgcjc@ 4/new/clgcjc/web/ 传 热 学 注：竖圆柱按表取值时与竖壁用同一个经验公式只限于以下情况： Gr C,n实验求解法: 取对数; 定准数; 最小二乘法求解。 传 热 学 3.4.2 有限空间的自然对流换热 有些自然对流换热过程受到固体表面的限制而形成受限空间中的自然对流换热。 传 热 学 恒壁温条件下空气在竖夹层的准则关系式为： 公式准则的定性温度为： tm=(tw1+tw2)/2 （1） 竖夹层 特征长度为夹层厚度 传 热 学 水平夹层中在恒壁温情况下的 空气自然对流换热计算公式为： （2）水平夹层 传 热 学 3.5 流体强制对流时的对流换热 3.5.1.管内强制对流 管内强制对流流动和换热的特征 （1）流动有层流和紊流之分 层流： Re 2300 过渡区：2300 Re 4000 紊流： Re 4000 传 热 学 管内流动换热示意图 （2）入口段的热边界层薄，表面传热系数高。 传 热 学 表面传热系数随边界层发展的变化情况 热边界层内的传导 设流体为常物性 传 热 学 (a) 层 流 (b) 紊 流 表面传热系数随边界层发展的变化情况 传 热 学 （3）热边界条件有均匀壁温和均匀热流两种 紊流：除液态金属外，两种条件的差别可不计 层流：两种边界条件下的换热系数差别明显。 传 热 学 （4）特征速度及定性温度的确定 特征速度：计算Re数时用到的流速，一般多取截面平均流速。 定性温度：计算物性的定性温度多为截面上流体的平均温度（或进出口截面平均温度）。 传 热 学 (1) 紊流换热__Dittus－Boelter公式： 加热流体时 ， 冷却流体时 。 式中: 定性温度采用流体平均温度 ，特征长度为管内径。 管内强制对流换热 传 热 学 公式适用范围： 温度要求：气体≤50℃，水20-30 ℃ 　　　在有换热条件下，截面上的温度并不均匀导致速度分布发生畸变。 传 热 学 　　　在有换热条件下，截面上的温度并不均匀导致速度分布发生畸变。对于气体和液体其变化不一样 传 热 学 Dittus－Boelter修正公式 对气体被加热时 被冷却时 液体受热时 对液体 液体被冷却时 传 热 学 适用范围为： 定性温度为流体平均温度 （μw 按壁温 确定），管内径为特征长度。 （2）层流换热 __ Sieder－Tate公式： 传 热 学 （3）过渡流区换热__ 格尼林斯基公式： 对气体 范围为： 传 热 学 对液体 范围为： 传 热 学 3.5.2 外部流动强制对流换热 横掠单管：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过管子表面。流动具有边界层特征，还会发生绕流脱体。 外部流动：换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。 传 热 学 传 热 学 边界层的成长和脱体决定了外掠圆管换热的特征。 右图为横掠圆管局部换热系数的变化 传 热 学 Re C n 1～4 4～40 40～4×103 4×103～4×104 4×104～2.5×105 0.989 0.911 0.683 0.193 0.0266 0.330 0.385 0.466 0.618 0.805 C及n 值 单根横掠管准则关系式： 传 热 学 影响管束换热的因素除 数外，还有：叉排或顺排；管间距；管束排数等。 外掠管束在换热器中最为常见。 通常管子有叉排和顺排两种排列方式。叉排换热强、阻力损失大并难于清洗。 横掠管束换热 传 热 学 叉排和顺排排列方式: 传 热 学 后排管受前排管尾流的扰动作用对平均