热量传递学习培训课件.ppt

1、作业作业(322)Re)(1.27,37.13.123690)(9.36.10)(5.252,036.0.9)(330.82222为层流，验证冷凝给热，分别设凝液大容器自然对流hrKghrKgmWqKmWKmWmdKmWe6.3 对流传热对流传热 6.3.1理论分析法求理论分析法求 6.3.2实验方法求实验方法求 6.3.3 类比法求类比法求 对流传热系数小结对流传热系数小结 的数量级的数量级对流传热：指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为1的有效膜内，

2、该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述。牛顿冷却定律：21ttAQ 6.3 对流传热对流传热什么是对流传热？什么是对流传热？流动的流体与外界的传热流动的流体与外界的传热静止流体与外界的传热静止流体与外界的传热1t2tQQ 电热炉烧水强制对流自然对流对流传热系数，W/m2K 边界层是对流传热边界层是对流传热的主要热阻所在。的主要热阻所在。ttwQ 的获得主要有三种方法：的获得主要有三种方法：6.3 对流传热对流传热1理论分析法理论分析法：2实验方法实验方法*：3类比方法类比方法：用因次分析法、再结合实验，建立经

3、验关系式。用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程。到热量传递过程。建立理论方程式，用数学分析的方法求出建立理论方程式，用数学分析的方法求出 的精确的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等。单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等。连续性方程和连续性方程和N-S方程，得到速度场方程，得到速度场壁面处的速度梯度壁面处的速度梯度 壁面力壁面力 壁壁面面yv w22ufw 6.3.1 理论分析法求理论分析

4、法求 回忆：回忆：第一章范宁因子第一章范宁因子f 的理论求解过程：的理论求解过程：解能量方程，得到温度场壁面处的温度梯度壁面壁面yt ttytwx 壁面壁面 的理论求解过程为：的理论求解过程为：%99 wwtttt的的区区域域，称称为为热热边边界界层层 u u u t u t t t t t图图 平板上的边界层平板上的边界层边界层是对流传热边界层是对流传热的主要热阻所在。的主要热阻所在。6.3.1 理论分析法求理论分析法求 定理:个个基基本本因因次次数数变变量量数数无无因因次次数数群群个个数数347 影响影响 的因素主要有：的因素主要有：1.引起流动的原因引起流动的原因：自然对流和强制对流：自

5、然对流和强制对流 2.流动型态流动型态：层流或湍流：层流或湍流 3.流体的性质流体的性质：、cp、等等 4.传热面的形状、大小、位置传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、：如圆管与平板、垂直与水平、管内与管外等管内与管外等 5.有相变与无相变有相变与无相变：cp或汽化潜热或汽化潜热r6.3.2 实验方法求实验方法求 tgulrcfp 或或，或或，因次分析法：因次分析法：lNu acp Pr 223Re tglGrud或或-格垃霍夫准数格垃霍夫准数Gr是雷诺数的一种是雷诺数的一种 变形，表征自然对流时的变形，表征自然对流时的“雷诺数雷诺数”无因次数群：无因次数群：-努塞特准数，表示

6、导热热阻与对流热阻之比努塞特准数，表示导热热阻与对流热阻之比6.3.2 实验方法求实验方法求 -普兰特准数，反映物性的影响。普兰特准数，反映物性的影响。一般，气体的一般，气体的Pr1 PrRe，或或GrfNu 定性温度：主体平均温度 2出出进进tttm 膜温 2主主体体壁壁tttm 故故6.3.2 实验方法求实验方法求 2080.du dNu acp Pr思考思考2：与与u、d有何比例有何比例关系？关系？（教材式（教材式6-41）思考思考1：为什么加热时为什么加热时n取取0.4，冷却时取冷却时取0.3？（一）（一）无相变时无相变时6.3.2 实验方法求实验方法求 Why？Why？因为：管内未充

7、因为：管内未充分发展，层流底分发展，层流底层较薄，热阻较层较薄，热阻较小。小。若使用条件不满足上述条件时，需修正：若使用条件不满足上述条件时，需修正：（1）对于短管，）对于短管，L/d60乘上一个大于乘上一个大于1的校正系数：用式（的校正系数：用式（6-43）（2）当壁面与流体主体温差较大时，需引入一个校正项：）当壁面与流体主体温差较大时，需引入一个校正项：教材式教材式6-42（3）非圆形管的强制湍流：）非圆形管的强制湍流：上式仍可使用，但需将上式仍可使用，但需将d换成换成de（4）弯管内：）弯管内：乘上一个大于乘上一个大于1的校正系数：式的校正系数：式6-44（一）（一）无相变时无相变时2.

8、管内层流时管内层流时 见教材见教材250 式式6-47管子排布方式 错错排排：并并排排：（3）流体在管壳间的对流传热：）流体在管壳间的对流传热：Why？IVIIIIII IIIIII 3、管外的强制对流传热、管外的强制对流传热 （1）流体横向流过单管传热：）流体横向流过单管传热：（2 2）流体横向流经管束（管簇）的传热：）流体横向流经管束（管簇）的传热：（一）（一）无相变时无相变时bGrANu，PrA、b为经验常数。为经验常数。4 4、自然对流、自然对流（一）（一）无相变时无相变时 式式6-53.水以水以2m/s的流速通过的流速通过552.5mm，长，长2m的钢管去冷的钢管去冷却套管换热器中环

9、隙中的苯，已知水温由却套管换热器中环隙中的苯，已知水温由25升高到升高到55，试计算试计算(1）水对管壁的水对管壁的,(2)若将水流量提高若将水流量提高30%，在其，在其它条件相同的情况下，水对管壁的给热系数又为多少？它条件相同的情况下，水对管壁的给热系数又为多少？解：（解：（1）水的定性温度）水的定性温度t定定=（25+55）/2=40从附录中查水的物性常数从附录中查水的物性常数（pg360）=992.2kg/m3 =0.6338w/m.k =0.656010-3N.S/m2 Pr=4.32判断管子内水的流动类型判断管子内水的流动类型:Re=du/=0.052992.2/0.656010-3

10、=1.519104 KmWdLKmWnPRdirei./7887075.17298075.1)205.0(1504005.0/2/./729832.4)10519.1(05.06338.0023.04.0,023.027.024.08.044.08.0短管被加热KmWRRee./9730)3.1.(3.128.012(2)在其它条件相同的情况下，水流量提高在其它条件相同的情况下，水流量提高30%有一套管换热器，内管为382.5mm，外管为573mm的钢管，苯在内管中流动，流量为4500kg/h，进口温度为30，出口温度为50，甲苯在环隙中流动，进口温度为72，出口温度为38，试求管壁对甲苯的对

11、流传热系数。甲苯的密度为830kg/m3。解：据热量衡算式求甲苯流量Q=qm1Cp1(T1-T2)=qm2Cp2(t2-t1)内管（冷流体）苯 定性温度=（30+50）/2=40 查得Cp2=1.80kJ/kg环隙(热流体)甲苯 定性温度=（72+38）/2=55 查得Cp1=1.84kJ/kg =830kg/m3 =0.13w/m.k =0.4310-3N.S/m2qm1=45001.8(50-30)/1.84(72-38)=2590kg/hqv1=2590/(3600830)=0.00087m3/s流通截面积A=0.785(0.0512-0.0382)=0.00091m2u=qv1/A=0

12、.956m/s de=D内-d外=0.051-0.038=0.013m KmWPRdncpPudRreeree23.08.0343/1260023.03.0,09.613.01043.0100084.11000010399.21043.0830956.0013.0被冷却充分湍流有一列管式换热器，由有一列管式换热器，由60根根252.5mm的钢管组成，的钢管组成，水在钢管内的流速为水在钢管内的流速为1m/s，冷水进口温度为，冷水进口温度为20，出口温，出口温度为度为46，管长，管长2m,试求试求(1)水的水的,(2)管内壁面的平均温度；管内壁面的平均温度；(3)若将总管数改为若将总管数改为50根

13、，管长为根，管长为2.4m,总传热面积不变，总传热面积不变，冷却水量不变，求此时的冷却水量不变，求此时的。解：（解：（1）水的定性温度）水的定性温度tm=（20+46）/2=33从附录中查水的物性常数从附录中查水的物性常数,=994kg/m3 =0.622w/m.k =0.75210-3N.S/m2 Cp=4.174KJ/Kg.K判断管子内水的流动类型判断管子内水的流动类型:Re=du/=0.021994/0.75210-3=2.64104Pr=Cp/=4.17410000.75210-3/0.622=5.05 不必校正被加热,6010002.0/2/./471005.5)1064.2(02.0622.0023.04.0,023.024.08.044.08.0ireidLKmWnPRdCtAQtttAQWttucdnQmdlnAomwmwp1.903356.7471010034.2)(10034.2)(456.7202.014.360661222KmWuuu./545047102.1)/(/28.08.08.0(3)由于冷却水量不变，因此管数减少后水的流速由由于冷却水量不变，因此管数减少后水的流速由u变为变为u=(60/50)u=1.2u(2)