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1、3 对流传热,对流传热过程分析,层流底层 温度梯度大，热传导方式 湍流核心 温度梯度小，对流方式 过渡区域 热传导和对流方式,对流传热分析,对流传热是以层流底层的导热和层流底层以外的以流体质点做相对位移和混合为主的传热的总称。 传热边界层：将有温度梯度存在的区域（层流底层和过渡区）称为传热边界层。 传热的热阻主要集中在层流底层。,式中 t总有效膜厚度； e湍流区虚拟膜厚度； 层流底层膜厚度。,牛顿冷却定律,建立膜模型：,流体被冷却：,T,TW，1,T,TW,2,t,流体被加热：,对流传热速率牛顿冷却定律,流体被冷却：,式中 对流传热速率，W； 对流传热系数，W/(m2)； Tw，1 壁温，；
2、T 流体平均温度，； A 传热面积，m2。,1. 牛顿冷却定律是一种推论，假设T。,2. 复杂问题简单化表示。,推动力：,阻力：,传热膜系数,由牛顿冷却定律：,当流体主体温度与固体壁面温度相差1 K时，在单位时间内，每1 m2壁面从周围流体接受或向周围流体给出的热量。单位： 是对流传热强度的标志。,影响对流传热系数的因素,1.引起流动的原因 自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。 强制对流：由于外力和压差而引起的流动。,强 自,2.流体的物性 ，cp,3.流动形态 层流、湍流 湍 层,5. 是否发生相变 蒸汽冷凝、液体沸腾 相变 无相变,4. 传热面的形状，大小和位置 形状：如管、板、
3、管束等； 大小：如管径和管长等； 位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。,流体在管内的强制对流,1圆形直管内的湍流,m取不同值的原因：温度对靠近管壁层流底层流体黏度和导热系数的影响。,适用范围： Re 10000，0.7 Pr 160， 2mPa.s，l/d 50,（2） 特征尺寸为管内径di（当量直径） 取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。 （3）流体被加热m0.4；被冷却m 0.3。,注意事项： （1）定性温度取以确定流体物性参数的温度,强化措施： u, u0.8 d, 1/d0.2 流体物性的影响，选大的流体 ,以下是对上面的公式进行修正
4、： (1)高粘度,Re 10000，0.5 60 定性温度取tm；特征尺寸为di,(2) l/d 30-40 ,(3) 过渡流（2000 Re 10000) ,(4) 弯曲管内 ,(5) 非圆形管强制湍流,当量直径法 用de代替di计算，u不同de,要用实际的流通面积计算,管外湍流流动的传热膜系数 1. 流体在管束外垂直流过,在换热器内横向流过管束：,整个管束：,定性温度：,适用范围：,特性尺寸：管的外径do,大空间的自然对流传热在传热面附近流体的运动不受外界干扰时称为大空间自然对流。,注意： C,n与传热面的形状（管或板）、放置位置（垂直、水平）有关。 应用范围：Pr 0.6 定性温度：壁面温度和流体温度的算术平均值。,例 常压下空气在内径为38mm的管中流过，温度由160oC升高到240oC，平均流速为15m/s。试求： （1）空气和管壁之间的传热膜系数 （2）若流速增大到25m/s，结果如何？,讨论,