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化工原理物性参数_化工原理(对流传热).ppt

时间:2019-07-29 10:56:28

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化工原理物性参数_化工原理(对流传热).ppt

化工原理(对流传热)

第三节 对流传热 一、对流传热过程分析 二、对流传热速率方程 三、影响对流传热系数的因素 四、对流传热的特征数关联式 五、流体无相变时对流传热系数的经验关联式 * * 第四章 传 热 一、对流传热过程分析 1、传热边界层 【现象】流体在平壁上流过时,如果流体和壁面间将进行换热,将引起壁面法向方向上温度分布的变化,形成一定的温度梯度。 【定义】靠近壁面处,流体温度发生显著变化的区域,称为传热边界层或温度边界层。 传热边界层示意图 传热边界层——流体温度发生显著变化的区域。 法向 100℃ 20℃ 22℃ 2、对流传热过程流体流动的分析 湍流主体 湍流主体 (1)层流内(底)层的特点 层流内层内,由于流体质点只在流动方向上作一维运动,在传热方向上无质点运动。其特点是: ①主要依靠热传导方式来进行热量传递; ②由于流体内部存在温差还会有少量的自然对流。 ③传热温差大。 ①远离壁面; ②流体质点充分混合,温度趋于一致(热阻小); ③传热主要以对流方式进行。 (2)湍流核心(主体)的特点 ①存在质点混合、分子运动的共同作用,温度变化不像湍流主体那么平缓均匀,也不像层流底层变化明显。 ②传热以热传导和对流两种方式共同进行。 (3)过渡区的特点 1、什么是模型法 【定义】把复杂问题简单化、摒弃次要的条件,抓住主要的因素,对实际问题进行理想化处理,构建理想化的物理模型,获得某一过程的有关规律。具体方法为: (1)对过程进行合理的简化; (2)获得物理模型(构象); (3)对物理模型进行数学描述,获得有关规律。 二、对流传热速率方程 (1)流体与固体壁面之间存在一个厚度为bt的虚拟膜(流体层),称之为有效膜; (2)有效膜集中了传热过程的全部传热温差的以及全部热阻,在有效膜之外无温差也无热阻存在(所有的热量传递均产生在有效膜内); (3)在有效膜内,传热以热传导的方式进行。 2、有效膜模型 有效膜模型示意图 【有效膜模型说明】 (1)厚度为: bt=δb+δf (2)膜内温度的变化为线性关系,即为传导传热; (3)膜外无传热。 虚拟层 有效膜 3、有效膜模型的数学描述 (1)有效膜的厚度:bt (2)有效膜的导热系数:λ (3)使用傅立叶定律计算在有效膜内的传热速率。 当流体被加热时: 当流体被冷却时: bt bt’ 4、牛顿冷却定律 【说明】以上两式称为牛顿冷却定律,用于计算对流传热速率。 令: 流体被加热: 流体被冷却: 5、几点说明 (1)牛顿冷却定律并非从理论上推导的结果,是根据有效膜模型建立起来的数学方程。 (这种处理问题的方法,在工程中称之为数学模型法) 式中:Δt——传热壁与湍流主体之间的温度差; A——传热壁与流体的接触面积。 (4)复杂问题简单化的表示──牛顿冷却定律虽然给出了计算对流传热速率简单的数学表达式,但由于对流传热一个非常复杂的物理过程,并未简化问题本身(有效膜厚度难以测定),只是把诸多影响过程的因素都归结到了?当中。 (3) ?——对流传热系数、给热系数、膜系数。表征对流传热过程的参数,影响因数众多,不是物性常数(如λ )。 三、影响对流传热系数的因素 1、引起流动的原因 【自然对流】由于流体内部存在温差引起密度差形成的液体内部环流,一般u较小,?也较小。 【强制对流】在外力作用下引起的流动运动,一般u较大,故?较大。因此: 2、流体的物性 流体的物性不同,对流传热系数的大小也不同,影响 ? 较大的物性常数有:?,?, Cp ,?。 (1)?的影响 ?? ??; (2)?的影响 ?? Re? ??; (3)Cp的影响 Cp? 则单位体积流体的热容量大,则?较大; (4)?的影响 ? ? Re? ?? 。 3、流动型态 【结论】(1)为增大α,应增大Re; (2)但随着Re的增大,动力消耗大。 【层流】主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导热系数比金属的导热系数小得多,所以热阻大。 【湍流】由于质点充分混合且层流底层变薄,?较大。即: 因此 4、传热面的形状、尺寸和位置 不同的壁面形状、尺寸会影响流型;会造成边界层分离,产生旋涡,增加湍动,使?增大。 (1)形状 比如管、板、管束等; (2)尺寸 比如管径和管长等; (3)位置 比如管子的排列方式(如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。 5、是否发生相变 【现象】主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。 【特点】发生相变时,汽化或冷凝的潜热远大于温度变化的显热(r远大于Cp)。 【结论】一般情况下,有相变化时对流传热系数较大,即: 四、对流传热系数经验关联式的建立

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