硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)之43(國(guó))對(duì)流換熱

1、硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.3 對(duì)流換熱對(duì)流換熱4.3.1 對(duì)流換熱基本概念對(duì)流換熱基本概念對(duì)流傳熱與對(duì)流換熱對(duì)流傳熱與對(duì)流換熱對(duì)流傳熱：對(duì)流傳熱：在流體內(nèi)部依靠流體年的宏觀位移將熱量從高溫處傳向低溫處對(duì)流換熱：對(duì)流換熱：流體與固體之間接觸時(shí)彼此之間的換熱過(guò)程。對(duì)流換熱與對(duì)流傳熱的區(qū)別對(duì)流換熱與對(duì)流傳熱的區(qū)別傳熱的方式不同：傳熱的方式不同：對(duì)流換熱包括流體位移時(shí)的對(duì)流傳熱，也包括傳導(dǎo)硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.3.2對(duì)流換熱影響對(duì)流換熱影響 因素因素流體動(dòng)的動(dòng)力流體動(dòng)的動(dòng)力（A）強(qiáng)制流動(dòng)）強(qiáng)制流動(dòng)（B）自由流動(dòng)）自由流動(dòng)流體流動(dòng)狀態(tài)流體流動(dòng)狀態(tài)層流：主要依靠流體傳導(dǎo)，與流體流動(dòng)速度無(wú)關(guān)；層流：主要依靠

2、流體傳導(dǎo)，與流體流動(dòng)速度無(wú)關(guān)；紊流：依靠傳導(dǎo)和對(duì)流，與邊界層熱阻有關(guān)，運(yùn)動(dòng)速度越大紊流：依靠傳導(dǎo)和對(duì)流，與邊界層熱阻有關(guān)，運(yùn)動(dòng)速度越大越大，越大，越大。流體物理性質(zhì)：流體物理性質(zhì)：流體密度、比熱越大，熱流量越大；流體密度、比熱越大，熱流量越大；導(dǎo)熱系數(shù)大的流體，熱阻小，熱流量越大；導(dǎo)熱系數(shù)大的流體，熱阻小，熱流量越大；流體粘度大，邊界層厚度大，熱流量越小。流體粘度大，邊界層厚度大，熱流量越小。固體壁面的形狀和位置。固體壁面的形狀和位置。單位質(zhì)量流體浮升力0gt硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.3.3對(duì)流換熱基本定律對(duì)流換熱基本定律牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律 換熱的熱流量q與 流體和固體壁面之間溫度差成正比

3、。即：q=(tw-tf) w/m2的意義：的意義：表示單位時(shí)間內(nèi)，當(dāng)流體與固體壁面之間溫度差為1時(shí)，通過(guò)單位面積的熱量。計(jì)算中，將影響q的全部因素歸結(jié)到，使計(jì)算公式簡(jiǎn)化。即：=f(,l1,l2,l3,u,tw,tf)硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.3.4對(duì)流換熱過(guò)程相似理論對(duì)流換熱過(guò)程相似理論相似概念相似概念：（A）幾何相似（B）物理量的分布相似（C）物理現(xiàn)象相似相似相似硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（）流體力學(xué)相似：（）流體力學(xué)相似： 歐拉準(zhǔn)數(shù)歐拉準(zhǔn)數(shù) 表示意義：流體靜壓頭與動(dòng)壓頭之比表示意義：流體靜壓頭與動(dòng)壓頭之比 雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù) 表示意義：表示流體慣性力與粘滯阻力之比表示意義：表示流體慣性力與粘滯阻力之

4、比 葛拉曉夫準(zhǔn)數(shù)葛拉曉夫準(zhǔn)數(shù) 表示意義：流體浮升力與粘滯阻力之比表示意義：流體浮升力與粘滯阻力之比2pEulRe233ltgGr相似準(zhǔn)數(shù)相似準(zhǔn)數(shù) 準(zhǔn)數(shù)：具有一定物理意義的無(wú)因次數(shù)群。準(zhǔn)數(shù)：具有一定物理意義的無(wú)因次數(shù)群。（）幾何相似：（）幾何相似：兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)邊成比例，對(duì)應(yīng)角相等硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（）熱力學(xué)相似（）熱力學(xué)相似 普蘭特準(zhǔn)數(shù)：普蘭特準(zhǔn)數(shù)： 意義：表示流體的物性參數(shù)。意義：表示流體的物性參數(shù)。 努謝特準(zhǔn)數(shù)：努謝特準(zhǔn)數(shù)： 意義意義:傳導(dǎo)熱阻與對(duì)流熱阻之比傳導(dǎo)熱阻與對(duì)流熱阻之比aCpPr1llNu硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.3.5對(duì)流換熱準(zhǔn)數(shù)方程對(duì)流換熱準(zhǔn)數(shù)方程因次分析法因次分析法因次和諧性

5、：因次和諧性：物理方程所包含各項(xiàng)在因次上一致。 基本物理量：基本物理量：國(guó)際單位制中7個(gè)基本物理量個(gè)基本物理量： 長(zhǎng)度（L）、溫度（）、質(zhì)量（M）、時(shí)間（）、量（mol)、電流（A）、埃得拉（(ed)對(duì)流換熱準(zhǔn)數(shù)方程對(duì)流換熱準(zhǔn)數(shù)方程=f(,l1,l2,l3,u,tw,tf) 即 Nu=AReaPrbGrc 或： Nu=f(Re,Pr,Gr)硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1幾種特殊情況幾種特殊情況： （）流體強(qiáng)制流動(dòng)：（）流體強(qiáng)制流動(dòng)：自然對(duì)流可以忽略，即Gr=0Nu=f(Re,Pr) 流體種類已知：Pr為常數(shù)，即Nu=f(Re) （）（）流體自然流動(dòng)：流體自然流動(dòng)：Re可忽略，Nu=f(Gr,Pr)流體種

6、類已知：Pr為常數(shù)，即Nu=f(Gr)硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1定性溫度和定性尺寸定性溫度和定性尺寸（）定性溫度：（）定性溫度：決定準(zhǔn)數(shù)中物理參數(shù)值的溫度。決定準(zhǔn)數(shù)中物理參數(shù)值的溫度。 常用定性溫度常用定性溫度: 流體與 固體壁平均溫度； 固體壁面溫度; 流體平均溫度.（）定性尺寸：（）定性尺寸：對(duì)流體流動(dòng)有決定意義的壁面與流體接觸對(duì)流體流動(dòng)有決定意義的壁面與流體接觸 的幾何尺寸。的幾何尺寸。 常見(jiàn)定性尺寸：常見(jiàn)定性尺寸： 流體在管道中流動(dòng)管道直徑或當(dāng)量直徑； 橫向掠過(guò)單管或管道族管道外徑； 縱向掠過(guò)單管或管道族管道流動(dòng)方向的長(zhǎng)度。硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14.3.6不同情況的對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算不同情況的對(duì)

7、流換熱系數(shù)計(jì)算計(jì)算方法：計(jì)算方法： （）查各條件下的準(zhǔn)數(shù)方程，計(jì)算Nu （）利用 計(jì)算 （）利用牛頓冷卻定律計(jì)算q常見(jiàn)情況下的對(duì)流換熱計(jì)算常見(jiàn)情況下的對(duì)流換熱計(jì)算 （1） 強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流1llNu 023. 0 8 . 0nreufffPRN適用條件：定性溫度為流體平均溫度，定性尺寸為管子內(nèi)徑。60 1207 . 0102 . 11054dlPRffre， 1)流體在圓管內(nèi)紊流流動(dòng)硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)12)流體在圓管內(nèi)層流流動(dòng)流體在圓管內(nèi)層流流動(dòng) 14. 033. 033. 0u)()()(86. 1NfwfreldPRff適用條件：定性溫度為流體平均溫度，定性尺寸為管子內(nèi)徑。Ref0.6，R

8、efPrf(d/l)103) )流體掠過(guò)平板紊流流動(dòng)流體掠過(guò)平板紊流流動(dòng)3/18 . 0)850037. 0(mmmreuPRN適用條件：5105Re107；Prf=0.550； 定性溫度為邊界層平均溫度，.定性尺寸為板長(zhǎng)。硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)14）流體掠過(guò)平板層流流動(dòng)流體掠過(guò)平板層流流動(dòng)3/12/1664. 0mmmreuPRN適用條件：Re1；定性溫度為邊界層平均溫度， 定性尺寸為板長(zhǎng) 5）流體外掠單管）流體外掠單管3/1fffrneuPcRN適用條件：定性溫度為流體溫度，定性尺寸為單管外徑， c、n與Re有關(guān)的實(shí)驗(yàn)常數(shù)。 硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)1（2）自然對(duì)流自然對(duì)流 自然對(duì)流的準(zhǔn)數(shù)方程：自然

9、對(duì)流的準(zhǔn)數(shù)方程： ),(rruPGfN冪函數(shù)形式：冪函數(shù)形式： nrruPGcN),(1)1)垂直平壁及直圓筒：垂直平壁及直圓筒：Gr.Pr=104 10941),(59. 0rruPGN層流層流31),(10. 0rruPGN紊流紊流Gr.Pr=109 1013定性溫度為邊界層平均溫度；定性尺寸為高度。硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)12)2)水平圓筒：水平圓筒：Gr.Pr=104 109Gr.Pr=109 101241),(53. 0rruPGN 層流層流 31),(13. 0rruPGN紊流紊流 3)3)經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式： 23. 0)(awttK在垂直壁面上K=2.56；在水平壁面上(熱面向上)K=3.26；在水平壁面上(熱面向下)K=1.63。定性溫度為邊界層平均溫度；定性尺寸為外徑。硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)13