上节重点知识回顾温度梯度 ：等温面法线方向上的温度变化率付立叶定律 ：单位时间以热传导形式传递的热量与温度梯度成正比，和导热面积成正比。意义：在数值上等于单位温度梯度下的热通量 。是物质的物理性质之一；单位和影响因素：种类、温度（液体、气体）Date单层平壁导热速率方程单层平壁导热时的温度分布多层平壁一维、稳定热传 导（为常数） Date单层圆筒壁的一维稳定热传导 当r2/r12时可用算术平均值代替对数平均值 温度分布：沿管径方向，温度分布为曲线多层圆筒壁的热传导 Date定义：流体和固体壁面间的传热过程。按有无相变化分：无相变化发生时的对流传热有相变化发生时的对流传热与（热）对流的区别：（热）对流是指传热机理对流传热指的是传热过程一：对流传热Date1：对流传热机理：流体沿固体壁面的流动Date：对流传热机理热 流 体冷 流 体QTt湍流主体：在该层内几乎无热阻；温度梯度很小，各处的温度基本相同。 缓冲层：在该层内温度发生较缓慢的变化；温度分布呈直线。层流内层：热传导的作用，在该层内热阻较大，温度梯度较大；温度分布呈直线。 Date对流传热是集热对流和热传导于一体的综合传热过程。对流传热的热阻主要集中在滞流内层。减薄滞流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。 2 ：热边界层（温度边界层） ：定义：壁面附近因换热而存在温度梯度的区域 。规定：TWT0.99(TWT )处为热边界层的界限Datettt(tW-t)/ (tW-t)=0.99tWt流体被平壁加热温度边界层0tytuDatetttt-t(t-tW)/ (t-t)=0.99t-ttW流体被平壁冷却温度边界层u0tytDate热边界层的形成过程Date3： 对流传热的微分方程热 流 体冷 流 体Tt：对流传热的真实模型流体主体缓冲层层流底层对流对流、传导传导研究方法：总推动力为各层推动力之和；总热阻为各层热阻之和。Date：对流传热的简化模型热 流 体冷 流 体Tt虚拟膜：有效膜和热边界层厚度相当有效膜流体主体对流传导虚拟膜层内集中了全部的热阻，膜层外无温度差优点：对流传热问题 热传导问题Date：对流传热的微分方程热量由主体到壁面的传热简化为通过有效膜层（厚度为t）的热传导对微分传热面积对流传热膜系数定义q的含义牛顿冷却定律Date：对流传热系数的意义单位温度差（谁和谁的温差），单位传热面积的流体与壁面间的对流传热速率反映了导热系数与壁面温度梯度之间的关系：强化对流传热对于一定的管长，破坏边界层的发展也能强化传热Date二：对流传热的量纲分析1：影响对流传热系数的因素：流动状态：流体流动原因 ：流体的物理性质 ：体积膨胀系数，影响到自然对流的程度 Date：传热面的形状、位置、大小和排列方式Date：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。如：水强制传热： a25010000W/(m2)水蒸汽冷凝： a500015000W/(m2) 2：影响对流传热过程的量纲分析Date：量纲分析过程自学：量纲分析结果无因次数群的含义努赛尔数Nu含义：包含对流传热系数，反映对流传热的强弱？注意：努赛尔数恒大于1 ？特征尺寸。平板：流动方向的长度；管：d或deDate雷诺数含义：反映流动状态对对流传热系数的影响。普朗特数含义：反映流体物性对传热的影响反映热扩散和动量扩散的相对大小 格拉晓夫数（浮升力特征数）Date含义：反映自然对流的强弱程度自然对流强制对流混合对流3：应用准数关联式应注意的问题：定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定 ：定性尺寸：Nu，Re数中L应如何选定。de的定义：应用范围：关联式中Re,Pr等准数的数值范围。 Date上节重点知识回顾对流传热机理 热 流 体冷 流 体Tt对流传热的微分方程牛顿冷却定律对流传热膜系数Date雷诺数含义：反映流动状态对对流传热系数的影响。普朗特数含义：反映流体物性对传热的影响反映热扩散和动量扩散的相对大小 格拉晓夫数（浮升力特征数）含义：反映自然对流的强弱程度Date应用准数关联式应注意的问题定性温度:定性尺寸；应用范围；努赛尔数Nu含义：包含对流传热系数，反映对流传热的强弱？Date三：流体无相变时的对流传热系数1：流体在光滑圆形直管内作强制对流：流体在光滑、圆形、直管内作强制湍流：低粘度流体（大约低于2倍常温水的粘度）流体 当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。Date应用范围：将计算所得的乘以定性尺寸：Nu、Re等准数中的l取为管内径di。定性温度：取为流体进、出口温度的算术平均值。：高粘度流体 应用范围：Date定性尺寸：管内径di。定性温度：w取壁温，其他均取为流体进、出口温度的算术平均值。为考虑热流体方向的校正项。被加热取1.05被冷却取0.95 液体被加热：粘度减小，速度增大，热边界层减薄，速度梯度增大，传热系数增大；液体被冷却，传热系数减小，且Pr 1。而气体刚好相反,，但Pr 1 n的取值，热流校正项的取值Date：流体在光滑、圆形、直管内作强制层流特点：A：层流时流体的流速较小，自然对流不可忽略B：自然对流的影响与热流方向有关当管径较小，流体与壁面间的温度差较小，自然对流对强制滞流的传热的影响可以忽略时Date应用范围：定性尺寸：管内径di。定性温度：w取壁温，其他均取流体进、出口温度的算术平均值。为考虑热流体方向的校正项。被加热取1.05被冷却取0.95 Date：流体在光滑、圆形、直管内呈过度流对于Re=230010000时的过渡流范围， 先按湍流的公式计算，然后再乘以校正系数。 思考：校正系数是1？还是1？：流体在弯管内作强制对流 按直管计算，然后再乘以校正系数。 思考：校正系数是1？还是1？Date：流体在非圆形管中作强制对流A：对于非圆形管内对流传热系数的计算，前面有关的经验式都适用，只是要将圆管内径改为当量直径deB：最好采用专用、经验公式。 如：套管环隙应用范围：Re=12000220000；d1/d2=1.6517 定性尺寸：当量直径de流体进出口温度的算术平均值。 定性温度：Date2：流体在换热器的管间作强制对流装有圆缺折流板的列管换热器圆缺折流板管板DateDate圆缺折流板示意图Date折流挡板 ：壳程流体的流动方向不断改变，较小Re（Re=100），即可达到湍流。 作用 ：提高湍动程度，强化传热；加固、支撑管束缺点 ：流动阻力壳程压降Date当换热器内装有圆缺形折流板（缺口面积约为25%壳体内截面积时， 壳方流体的对流传热系数关联式为：应用范围：定性温度：Re=21031106；除w取壁温以外，其余均取流体进出口温度的算术平均值。 Date正方形排列d0t正三角形排列 d0t流速的确定：按最大流通截面A(最小流速) 计算定性尺寸：流道当量直径deDateD A1A2Z说明：还有其他关联式，可查化工手册。说明：无折流板时，流体平行流过管束，按管内公式计算，特征尺寸为当量直径。Date3：自然对流大空间自然对流传热：边界层发展不受限制和干扰有限空间自然对流传热：边界层发展受到限制和干扰大空间自然对流传热：自然对流时的对流传热系数，只与Gr和Pr有关Date1.61.20.80.02.03.22.82.464-120.4121080流体沿垂直壁面作自然对流时 lg(Nu)与lg(GrPr)的关系曲线lg(GrPr)lg(Nu )1.20.80.4-0.41.63.22.82.020-5-10.0864-3流体沿水平壁面作自然对流时 lg(Nu)与lg(GrPr)的关系曲线lg(GrPr )lg(Nu )：查图求解Date定型尺寸：竖板，竖管，L；水平管，外径 do影响因素：物性，传热面积、形状、放置方式；：经验关联式doL定性温度：膜温 系数C和指数n的取值见书上表：Date四：流体有相变时的对流传热系数有相变化时对流传热的特点：相变过程中产生大量相变热（潜热）相变过程有其特殊传热规律，传热的影响因素更为复杂；例：水 Date1：蒸汽冷凝时的对流传热系数 ：蒸汽冷凝的方式 ：膜状冷凝： 若冷凝液的附着力大于表面张力，能够浸润壁面，在壁面上形成一完整的液膜。膜状冷凝分为蒸汽冷凝与液体沸腾两种情况。工业换热基本无固液、固汽间的相变化 ?热量：蒸汽相液膜表面固体壁面。Date：滴状冷凝： 若冷凝液的附着力小于表面张力，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下 滴状冷凝热量：蒸汽相固体壁面（不断更新、裸露）两种冷凝方式下表面传热系数的比较a滴状冷凝a膜状冷凝，相差几倍到几十倍，工业上，多为膜状冷凝，不特别指明均为膜状冷凝Date：膜状冷凝的传热系数 ：蒸汽在垂直管或平壁侧层流时的膜状冷凝 方法：真实模型简化模型（数学模型推导）膜状冷凝的真实模型 ax膜状冷凝的简化模型Date：液膜很薄，层流流动，传热方式为导热，温度分布为线性：蒸汽静止，对液膜无摩檫阻力 ：汽、液相物性为常数，壁面温度恒定，膜表面温度t=ts：冷凝液为饱和液体按以上简化模型进行数学推导，得到努塞尔方程理论公式Date修正后 定型尺寸L：垂直管或板的高度：m定性温度：膜温 、cp冷凝液的物性；按定性温度，单位：SIr蒸汽的冷凝潜热；按蒸汽饱和温度，单位：SI应用范围： 垂直管或垂直平壁，且Date液膜雷诺准数的计算冷凝负荷 ：单位润湿周边单位时间流过的冷凝液量；单位：kg/(ms)Date：蒸汽在水平管外膜状冷凝时的对流传热系数 ：蒸汽在垂直管或平壁侧湍流时的膜状冷凝 定性温度：膜温 壁温不知，一般用试差法 蒸汽在水平管外膜状冷凝时，液膜的流动为层流Date水平管外膜状冷凝单根和管束是有区别的 Date：蒸汽在单根水平管外冷凝单根水平管外与垂直管外（层流）冷凝传热系数的关系？：蒸汽在水平管束外冷凝n水平管束在垂直列上的管子数Date列管换热器管束在垂直列上的管子数不等，可按平均值计算：影响冷凝传热的因素：冷凝液膜两侧的温度差t当液膜呈滞流流动时，若t加大，则蒸汽冷凝速率增加，液膜厚度增厚，冷凝传热系数降低。Date：流体物性液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。：蒸汽的流速和流向；及过热的影响蒸汽和液膜同向流动，厚度减薄，使增大；：蒸汽中不凝气体含量不凝气体排出阀蒸汽和液膜逆向流动， 减小；但摩擦力超过液膜重力时， 液膜被蒸汽吹离壁面，当蒸汽流速增加，急剧增大；过热时先放出显热气体对流传热Date：冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，液膜增厚，使传热系数下降。例如管束，冷凝液面从上面各排流动下面各排，使液膜逐渐增厚，因此下面管子的要比上排的为低。冷凝面的表面情况对影响也很大，若壁面粗糙不平或有氧化层，使膜层加厚，增加膜层阻力，下降。Date补例：饱和温度为100的水蒸汽，在外经为0.04m、长度为2m的单根直立圆管外表面上冷凝。管外壁温度为94 ，试求每小时的蒸汽冷凝量。若管子水平放置，蒸汽冷凝量为多少？分析：本题为一膜状冷凝传热过程，求冷凝量热衡算方程和传热速率方程相结合有其中a的求取须知冷凝液膜的流动状态，故只能用试差法先假定液膜的流动状态，计算冷凝液量然后再验证。Date解：假定液膜为层流，其定性温度该温度下液膜的特性为蒸汽饱和温度下的Date核算流型层流和假定相同，计算结果可靠Date蒸汽在单根垂直圆直管冷凝Date2：液体沸腾时的对流传热系数 液体的沸腾：当液体被加热时，液相内部产生气泡或气膜的过程。分类：按设备尺寸和受热面形状不同分：大容积沸腾和管内沸腾按液体主体温度不同分