《传热对流计算》PPT课件
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《传热计算》课件
辐射传热
通过辐射波的能量传递热量， 如太阳辐射。
传热计算方法
对流传热计算公式
根据流体介质传热的温度差、 传热面积和传热系数计算热量 传递。
导热计算方法
根据物质热传导性质和温度梯 度计算热量传递。
辐射传热计算公式
根据物体表面温度和辐射特性 计算热量传递。
传热问题实例
1
热传导问题
考虑通过不同材料的导热问题，如热量传递的速率和温度分布。
《传热计算》PPT课件
课程概述
传热的定义
传热是指热量从一个物体或一处区域向另一个物体或另一处区域的传递过程。
传热的基本原理
传热基于热量通过物质内部或物质之间的相互作用而传递，遵循热量自高温 区向低温区传递的规律。
传热的分类
对流传热
通过流体介质的对流传热， 如水和空气的流动使热能传 递。
导热
通过物质内部的分子振动传 递热量，如金属导体。
2
强迫对流传热问题
研究通过流体介质的对流传热问题，如流体流动对传热的影响。
3
自然对流传热问题
分析不需要外力推动的自然对流传热问题，如自然对流的流动和传热效果。
传热计算软件介绍
常用的传热计算软件
介绍一些在工程领域中常用的传热计算软件。
软件的功能
探索这些软件的功能和应用，如传热分析、热设计 以及结果可视化。
传热之对流传热与传热计算讲解
Wh r Wccpc (tc 2 tc1 )
Wh 2210.9 2000 2.5 (70 20)
Wh 113.08kg / h
传热过程计算
总传热速率计算
Q KAtm
与K相对应的 总传热面积 m2
---总传热速率方程
总传热系数 W/（m2•℃）
传热平均温差 ℃
K---总传热系数
管外侧对流 传热热阻
管壁导热 热阻 管内侧对流 传热热阻
热阻：内外表面污垢热阻分别为Rsi和Rso
d0 d0 1 1 bd0 Rs 0 Rsi K 0 0 d m i di di
传热过程计算
总传热速率计算
Q KAtm
---总传热速率方程
传
热
本章章节
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述（重点）
热传导（重点） 对流传热（重点） 传热过程计算（重点） 对流传热系数经验关联式 辐射传热 换热器
对流传热
对流传热过程分 析
湍流主体传热方式为对流传热 层流底层传热方式为热传导
固体层传热方式为热传导
热量从热流体经过固体层传递到 冷流体过程中，两侧壁面处的层 流底层是传热阻力的主要部分 强化对流传热，就要加大流体湍 流程度，减小层流底层的厚度
对流传热
对流传热速率方程---牛顿公式
推动力 速率 系数 推动力 阻力
t 量均为某一局部参数 dQ dA t 1 局部对流传热系数 dA
工程计算中采用平均值： 管内 dQ i (T Tw )dA i
Q At
平均对流传热系数 总传热面积
α不是物性参数
管外 dQ 0 (tw t )dA 0
传热学对流传热的理论基础课件
特征数方程中的 几位人物
传热学对流传热的理论基础课件
（4） 与 t 之间的关系及 Pr
对于外掠平板的层流流动: uco,n st
动量方u程 u x： v u y y 2u 2
d d
p 0 x
此时动量方程与能量方程的形式完全一致:
u
t x
v
t y
a
2t y2
表明：此情况下动量传递与热量传递规律相似
上述理论解与实验值吻合。
普朗特边界层理论在流体力学发展史上具有划时代的意义！
传热学对流传热的理论基础课件
5.3 流体外掠等温平板传热的理论分析
当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的温度 边界层（热边界层， thermal boundary layer ）
厚度t 范围 — 热边界层或温度边界层
预期解的形式
传热学对流传热的理论基础课件
4. 如何指导实验
• 同名的已定特征数相等 • 单值性条件相似：初始条件、边界条件、几何条件、
物理条件
实验中只需测量各特征数所包含的物理量,避免了测量的盲 目性——解决了实验中测量哪些物理量的问题 按特征数之间的函数关系整理实验数据，得到实用关联式 ——解决了实验中实验数据如何整理的问题 可以在相似原理的指导下采用模化试验 —— 解决了实物 试验很困难或太昂贵的情况下，如何进行试验的问题
Nu — 待定特征数 （含有待求的 h）
Re，Pr，Gr — 已定特征数
特征关联式的具体函数形式、定性温度、特征长度等的确 定需要通过理论分析，同时又具有一定的经验性。
传热学对流传热的理论基础课件
关联式中的待定参数需由实验数据确定，通常由图解法 和最小二乘法确定。如通过相似原理或理论分析，预期
化工原理第四章对流传热41页PPT
Re
lu
普兰德数 (Prandtl number)
Pr c p
表示惯性力与粘性力之比， 是表征流动状态的准数
表示速度边界层和热边界层 相对厚度的一个参数，反映
与传热有关的流体物性
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 。
2020/3/29
3、流动型态 【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
2020/3/29
2、有效膜模型
（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。
2020/3/29
2020/3/29
二、对流传热速率方程 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。
过程的因素都归结到了当中。
2020/3/29
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：
传热学对流换热ppt课件
总结词
优化对流换热过程，提高传热效率是传热学的重要研究方向。
详细描述
对流换热是传热过程中的重要环节，优化对流换热过程、提高传热效率对于节能减排、提高能源利用 效率具有重要意义。未来研究将进一步探索对流换热的优化方法和技术，为实现高效传热提供理论支 持。
THANKS
感谢观看
02 通过求解这些方程，可以得到流体温度场和物体 温度场的分布，进而分析对流换热的规律和特性 。
02 对流换热的数学模型是研究对流换热问题的重要 工具，可以用于预测和分析各种实际工程中的传 热问题。
03
对流换热的影响因素
流体物性参数
01 密度
密度越大，流体质量越大，流动时受到的阻力也 越大，对流传热速率相对较快。
，提高能源利用效率。
工业炉的热能回收主要涉及对流 换热器的设计和优化，需要考虑 传热效率、热损失、设备成本等
因素。
通过对流换热技术回收工业炉的 热量，可以降低能源消耗和减少
环境污染。
建筑物的自然通风设计
建筑物的自然通风设计利用对流 换热原理，通过合理设计建筑布 局、窗户位置和大小等，实现自
然通风，降低室内温度。
传热学对流换热ppt 课件
目录
• 对流换热的基本概念 • 对流换热原理 • 对流换热的影响因素 • 对流换热的实际应用 • 对流换热的实验研究方法 • 对流换热研究的未来展望
01
对流换热的基本概念
对流换热定义
总结词
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程。
详细描述
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程，是传热学中的一种基本现象。当流体与固 体表面接触时，由于温度差异，会发生热量从固体表面传递到流体的过程。
在对流换热过程中，热传导与对流同时存在，共 02 同作用，两者相互关联，共同决定热量传递的速
优化对流换热过程，提高传热效率是传热学的重要研究方向。
详细描述
对流换热是传热过程中的重要环节，优化对流换热过程、提高传热效率对于节能减排、提高能源利用 效率具有重要意义。未来研究将进一步探索对流换热的优化方法和技术，为实现高效传热提供理论支 持。
THANKS
感谢观看
02 通过求解这些方程，可以得到流体温度场和物体 温度场的分布，进而分析对流换热的规律和特性 。
02 对流换热的数学模型是研究对流换热问题的重要 工具，可以用于预测和分析各种实际工程中的传 热问题。
03
对流换热的影响因素
流体物性参数
01 密度
密度越大，流体质量越大，流动时受到的阻力也 越大，对流传热速率相对较快。
，提高能源利用效率。
工业炉的热能回收主要涉及对流 换热器的设计和优化，需要考虑 传热效率、热损失、设备成本等
因素。
通过对流换热技术回收工业炉的 热量，可以降低能源消耗和减少
环境污染。
建筑物的自然通风设计
建筑物的自然通风设计利用对流 换热原理，通过合理设计建筑布 局、窗户位置和大小等，实现自
然通风，降低室内温度。
传热学对流换热ppt 课件
目录
• 对流换热的基本概念 • 对流换热原理 • 对流换热的影响因素 • 对流换热的实际应用 • 对流换热的实验研究方法 • 对流换热研究的未来展望
01
对流换热的基本概念
对流换热定义
总结词
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程。
详细描述
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程，是传热学中的一种基本现象。当流体与固 体表面接触时，由于温度差异，会发生热量从固体表面传递到流体的过程。
在对流换热过程中，热传导与对流同时存在，共 02 同作用，两者相互关联，共同决定热量传递的速
对流传热给热.ppt
f (，，，c，v，l)
影响因素之多，以致要建立一个普遍适用的α 计算式是十分困难的。目前常用因次分析的方 法。因次分析大意：1、通过实验测得数据，2、 将有关影响因素综合为数群, 3、再将某些数群 关联成准数方程。
对于流体在圆形直管内无相变，强制对 流时的α的关联式为
Nu 0.023 Re 0.8 Pr m (4)
由上所述，对流传热是层流内层的导热和层流内 层以外的对流传热的总称。
对流传热
受热传导的控制 受流动规律的支配
所以对流传热为一复杂的过程。
为了便于处理起见，我们把对流传热看作为 相当于通过厚度为δ的传热边界层的导热 过程（将温度梯度有显著变化的区域称为传 热边界层）。而在传热边界层中包括了真实 的层流内层的厚度δb和与层流内层外的热 阻相当的虚拟厚度δf 。 即δ=δb+δf 即把层流内层之外的热阻折合成的厚度δf 。
实际上传热边界层的厚度δ不能测定， ∵δ包括虚拟的厚度δf 。
令α=λ/δ为给热系数（也叫传热分系数）， 则（1）变为
A(tw t)
(2)
2、热流体对壁面传热时
A(T tw )
(3)
（2）、（3）为对 w
A(tw t) m2k
d Nu Re dv
称为努塞尔特准数，或给热准数 雷诺准数，或流体运动准数
Pr c 普兰特准数，或物性准数
当流体被加热时：m = 0.4 当流体被冷却 时： m = 0.3
（4）式可变为 0.023 Re0.8 Prm （5）
d
（5）的应用范围： ① Re≥104，若 Re≤104，则需校正。
α的物理意义：单位时间内，单位传热面积上， 温差为1k时，所能传递的热量。所以α是对流 给热强度的标志。（α↑，传热效果好）
影响因素之多，以致要建立一个普遍适用的α 计算式是十分困难的。目前常用因次分析的方 法。因次分析大意：1、通过实验测得数据，2、 将有关影响因素综合为数群, 3、再将某些数群 关联成准数方程。
对于流体在圆形直管内无相变，强制对 流时的α的关联式为
Nu 0.023 Re 0.8 Pr m (4)
由上所述，对流传热是层流内层的导热和层流内 层以外的对流传热的总称。
对流传热
受热传导的控制 受流动规律的支配
所以对流传热为一复杂的过程。
为了便于处理起见，我们把对流传热看作为 相当于通过厚度为δ的传热边界层的导热 过程（将温度梯度有显著变化的区域称为传 热边界层）。而在传热边界层中包括了真实 的层流内层的厚度δb和与层流内层外的热 阻相当的虚拟厚度δf 。 即δ=δb+δf 即把层流内层之外的热阻折合成的厚度δf 。
实际上传热边界层的厚度δ不能测定， ∵δ包括虚拟的厚度δf 。
令α=λ/δ为给热系数（也叫传热分系数）， 则（1）变为
A(tw t)
(2)
2、热流体对壁面传热时
A(T tw )
(3)
（2）、（3）为对 w
A(tw t) m2k
d Nu Re dv
称为努塞尔特准数，或给热准数 雷诺准数，或流体运动准数
Pr c 普兰特准数，或物性准数
当流体被加热时：m = 0.4 当流体被冷却 时： m = 0.3
（4）式可变为 0.023 Re0.8 Prm （5）
d
（5）的应用范围： ① Re≥104，若 Re≤104，则需校正。
α的物理意义：单位时间内，单位传热面积上， 温差为1k时，所能传递的热量。所以α是对流 给热强度的标志。（α↑，传热效果好）
第九章对流传热ppt课件
算或测出靠近固相壁附近的温度场 T(y)，基于下式计算出对流换
热系数 h：
q
T y
|y0
q = h (Tf - Ts)
hTy|y0 (TTs)
式中：λ－流体导热系数，
Ty－固体壁附近的的流体温度分布 。 上式是根据粘性流动流体在固相表面上的状态导出的 。
.
17
由于流体的粘性η≠0，在固相表面总存在一薄层流 体相对固体静止，这样流体与固相壁之间的传热热 流量q，毕竟要通过这层相对静止的流体，而且是通 过导热方式进行。由傅立叶定律
2Vy y 2
2Vy z 2
p y
gy
V t
Vx
Vz x
Vy
Vz y
Vz
Vz z
2Vz x2
2Vz y 2
2Vz z 2
p z
gz
Vx Vy Vz 0 x y z
.
30
（9-5）方程可写成：
TVT2T
t
书上191页给出柱面坐标系的对流传热方程的形式。即 （9-7）式：
.
24
同除x y z t
qxx qx qyy qy qzz qz
x
y
z
(VxH)xx (VxH)x (VyH)yy (VyH)y
x
y
(VzH)zz (VzH)z Htt Ht
z
t
.
25
qx qy qz (VxH)(VyH)(VzH)(H)
x y z x
y
z
t
将dHCpdT
qx
-T
x
代入
2xT2 y2T2 2zT2 HVxx
y ·z ·t qx 2). x 方向的热量输出：
传热学第五章 对流换热计算
R 2 e3 1 00 0 ， P 0 1 r0 .5 0 5， 0 Pf0 r0 .0 5 20 P wr
2019/11/19
23
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
例1 空气以2m/s的速度在内径为10 mm的管内流动， 入口处空气的温度为20℃，管壁温度为120℃，试确 定将空气加热至60℃所需管子的长度。
2019/11/19
20
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
③短管 当管子的长径比l/d<60时，属于短管内流动换 热，进口段的影响不能忽视。此时亦应在按 照长管计算出结果的基础上乘以相应的修正
系数Cl。 cl 1dl0.7
充分发展区：边界层汇合于管子中心线以后的 区域，即进入定型流动的区域。
2019/11/19
3
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
充分发展段为层流流动
为什么平均换热系数比局部换热系数高？
入口段的边界层厚度较薄，传热阻力小，表面传热系数 大（即，对流换热强）
为什么气体和液体的修正方式不一样？
2019/11/19
18
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
② 螺旋管或弯管 弯曲的管道中流动的流体，在弯曲处由于离 心力的作用会形成垂直于流动方向的二次流 动，从而加强流体的扰动，带来换热的增强。
2019/11/19
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例1 空气以2m/s的速度在内径为10 mm的管内流动， 入口处空气的温度为20℃，管壁温度为120℃，试确 定将空气加热至60℃所需管子的长度。
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③短管 当管子的长径比l/d<60时，属于短管内流动换 热，进口段的影响不能忽视。此时亦应在按 照长管计算出结果的基础上乘以相应的修正
系数Cl。 cl 1dl0.7
充分发展区：边界层汇合于管子中心线以后的 区域，即进入定型流动的区域。
2019/11/19
3
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充分发展段为层流流动
为什么平均换热系数比局部换热系数高？
入口段的边界层厚度较薄，传热阻力小，表面传热系数 大（即，对流换热强）
为什么气体和液体的修正方式不一样？
2019/11/19
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② 螺旋管或弯管 弯曲的管道中流动的流体，在弯曲处由于离 心力的作用会形成垂直于流动方向的二次流 动，从而加强流体的扰动，带来换热的增强。
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的算术平均值。
2) 流体在圆形直管内作强制滞流 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
2020年11月21日
Nu
1.86
Re
1 3
Pr
1 3
di l
1
3
w
0.14
应用范围：Re
2300,6700
Pr
0.6,Gr
25000, RePr
di l
10
l cp
u
因 次 M 3 T L M L3 M L L2 2T ML 3T L
(2)选择m个物理量作为i个无因次准数的共同物理量
•不能包括待求的物理量
•所选m个物理量本身不能组成无因次准数
•选择的共同物理量中应包括该过程中所有的基本因次。
2020年11月21日
选择l、λ、μ、u作为三个无因次准数的共同物理量
蒸
液
汽
体
冷
沸
凝
腾
2020年11月21日
α 的获得主要有三种方法：
1．理论分析法：
建立理论方程式，用数学分析的方法求出 α的精确解或
数值解。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。
常用方法 2．因次分析法* ：
将影响给热的因素无因次化，通过实验决定无因次准数之间的 关系。 3．实验法： 对少数复杂的对流传热过程适用
若l / di＜50时，将计算所得的α乘以 [1 (di l)]0.7
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。
b) 高粘度的液体
0.14
Nu
0.027
R 0.8 e
Pr
0.33
w
w
0.14
为考虑热流体方向的校正项。
2020年11月21日
表示物性影响的准数
gtl3 2
Gr
2
表示自然对流影响的准数
2020年11月21日
3、应用准数关联式应注意的问题 1）定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定
2）定性尺寸：Nu，Re数中 l 应如何选定。
3）应用范围：关联式中Re,Pr等准数的数值范围。
2020年11月21日
三、流体无相变时的给热系数
f 1 6 105 Re1.8
4）流体在弯管内作强制对流
' 11.77di / R
2020年11月21日
5）流体在非圆形管中作强制对流
对于非圆形管内给热系数的计算，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de。
套管环隙中的给热，用水和空气做实验，所得的
关联式为：
0.02
de
(
d
eu
自然对流：由于流体内部温度差造成的密度差，引起流体的流动。 强制对流：由于外力和压差而引起的流体的流动。
单位体积流体所受的浮升力： gt
5. 传热面的形状、大小及位置
2020年11月21日
对流传热系数
无相变
有相变
强制对流
自然对流
管内
圆 非弯 形 圆管 直形 管直
管 层过湍 流渡流
区
管外
单管 管束 管 外的 外的 间 垂直 垂直 流 流动 流动 动
2020年11月21日
二、因次分析法在给热中的应用
1、流体无相变时的强制给热过程
•列出影响该过程的物理量，并用一般函数关系表示：
f (l，，，cp，，u)
•确定无因次准数π的数目
i nm74 3
1 ( 2，3）
2020年11月21日
•确定准数的形式 (1)列出物理量的因次
物理量因次
物理量
定性尺寸：管内径di。
定性温度： 除μw取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的
算术平均值。
当Gr＞25000时，按上式计算出α后，再乘以一校正因子
f
0.81
0.015Gr
1 3
Байду номын сангаас
2020年11月21日
3）流体在圆形直管内呈过渡流 对于Re=2300～10000时的过渡流范围， 先按湍流的
公式计算α，然后再乘以校正系数f。
a 1
b 1
c0 d 0
1 l1
l
Nu
2
lu
Re
3
cp
Pr
Nu f (Re, Pr)
——流体无相变强制对流时的准数关系式
2020年11月21日
2、自然对流传热过程
f (l，，cp，，，gt)
包括7个变量，涉及4个基本因次，
1 ( 2,3)
2
cp
Pr
1
l
Nu
3
l3 2gt 2
(3)因次分析
将共同物理量与余下的物理量分别组成无因次准数
1 l ab cud
2 lef guh
3 lijkumcp
对π1而言，实际因次为：
M
0 L0
0T
0
La
ML
(
3T
)b (
M
L
)c
( L)d
M
(
3T
)
2020年11月21日
bc 1 0 abcd 0
3b c d 3 0
b 1 0
第三章 传热
一、给热系数的影响因素 二、给热过程的因次分析 三、流体无相变时的给热系数 四、流体有相变时的给热系数
第四节 给热系数关联式
2020年11月21日
三、对流传热系数的影响因素
1. 流体的种类和相变化情况——牛顿流体/非牛顿流体、有相变/无相变 2. 流体的物性——密度、粘度、导热系数、比热容 3. 流体流动的状态——层流/湍流 4. 流体流动的原因——自然对流/强制对流
)
0.8
Pr
1
/
3
(
d2 d1
) 0.5
应用范围：Re=12000~220000，d2/d1=1.65~17
定性尺寸：当量直径de
定性温度： 流体进出口温度的算术平均值。
2020年11月21日
其中：de=d2－d1
当tw未知时，可近似认为： 被加热时:
( )0.14 1.05 w
被冷却时：
( )0.14 0.95 w
2020年11月21日
应用范围： Re 10000, 0.7 Pr 16700 , 定性尺寸： 取为管内径di。
l 60 di
定性温度：除μw取壁温以外，其余均取液体进、出口温度
Gr
Nu f (Gr, Pr)
——自然对流传热准数关系式
2020年11月21日
准数的符号和意义
准数名称 努塞尔特准数
（Nusselt）
雷诺准数
（Reynolds）
普兰特准数
（Prandtl）
格拉晓夫准数
（Grashof）
符号 准数式
意义
Nu l
表示给热的系数
lu
Re
确定流动状态的准数
Pr c p
1、流体在管内作强制对流
1）流体在圆形直管内作强制湍流
a)低粘度（大约低于2倍常温水的粘度）流体
Nu 0.023Re0.8Pr n
或
0.023
d
du
0.8
Pr n
当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。
2020年11月21日
应用范围：Re 10000,0.6 Pr 160, 管长与管径比 l / di 50
2) 流体在圆形直管内作强制滞流 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
2020年11月21日
Nu
1.86
Re
1 3
Pr
1 3
di l
1
3
w
0.14
应用范围：Re
2300,6700
Pr
0.6,Gr
25000, RePr
di l
10
l cp
u
因 次 M 3 T L M L3 M L L2 2T ML 3T L
(2)选择m个物理量作为i个无因次准数的共同物理量
•不能包括待求的物理量
•所选m个物理量本身不能组成无因次准数
•选择的共同物理量中应包括该过程中所有的基本因次。
2020年11月21日
选择l、λ、μ、u作为三个无因次准数的共同物理量
蒸
液
汽
体
冷
沸
凝
腾
2020年11月21日
α 的获得主要有三种方法：
1．理论分析法：
建立理论方程式，用数学分析的方法求出 α的精确解或
数值解。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。
常用方法 2．因次分析法* ：
将影响给热的因素无因次化，通过实验决定无因次准数之间的 关系。 3．实验法： 对少数复杂的对流传热过程适用
若l / di＜50时，将计算所得的α乘以 [1 (di l)]0.7
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。
b) 高粘度的液体
0.14
Nu
0.027
R 0.8 e
Pr
0.33
w
w
0.14
为考虑热流体方向的校正项。
2020年11月21日
表示物性影响的准数
gtl3 2
Gr
2
表示自然对流影响的准数
2020年11月21日
3、应用准数关联式应注意的问题 1）定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定
2）定性尺寸：Nu，Re数中 l 应如何选定。
3）应用范围：关联式中Re,Pr等准数的数值范围。
2020年11月21日
三、流体无相变时的给热系数
f 1 6 105 Re1.8
4）流体在弯管内作强制对流
' 11.77di / R
2020年11月21日
5）流体在非圆形管中作强制对流
对于非圆形管内给热系数的计算，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de。
套管环隙中的给热，用水和空气做实验，所得的
关联式为：
0.02
de
(
d
eu
自然对流：由于流体内部温度差造成的密度差，引起流体的流动。 强制对流：由于外力和压差而引起的流体的流动。
单位体积流体所受的浮升力： gt
5. 传热面的形状、大小及位置
2020年11月21日
对流传热系数
无相变
有相变
强制对流
自然对流
管内
圆 非弯 形 圆管 直形 管直
管 层过湍 流渡流
区
管外
单管 管束 管 外的 外的 间 垂直 垂直 流 流动 流动 动
2020年11月21日
二、因次分析法在给热中的应用
1、流体无相变时的强制给热过程
•列出影响该过程的物理量，并用一般函数关系表示：
f (l，，，cp，，u)
•确定无因次准数π的数目
i nm74 3
1 ( 2，3）
2020年11月21日
•确定准数的形式 (1)列出物理量的因次
物理量因次
物理量
定性尺寸：管内径di。
定性温度： 除μw取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的
算术平均值。
当Gr＞25000时，按上式计算出α后，再乘以一校正因子
f
0.81
0.015Gr
1 3
Байду номын сангаас
2020年11月21日
3）流体在圆形直管内呈过渡流 对于Re=2300～10000时的过渡流范围， 先按湍流的
公式计算α，然后再乘以校正系数f。
a 1
b 1
c0 d 0
1 l1
l
Nu
2
lu
Re
3
cp
Pr
Nu f (Re, Pr)
——流体无相变强制对流时的准数关系式
2020年11月21日
2、自然对流传热过程
f (l，，cp，，，gt)
包括7个变量，涉及4个基本因次，
1 ( 2,3)
2
cp
Pr
1
l
Nu
3
l3 2gt 2
(3)因次分析
将共同物理量与余下的物理量分别组成无因次准数
1 l ab cud
2 lef guh
3 lijkumcp
对π1而言，实际因次为：
M
0 L0
0T
0
La
ML
(
3T
)b (
M
L
)c
( L)d
M
(
3T
)
2020年11月21日
bc 1 0 abcd 0
3b c d 3 0
b 1 0
第三章 传热
一、给热系数的影响因素 二、给热过程的因次分析 三、流体无相变时的给热系数 四、流体有相变时的给热系数
第四节 给热系数关联式
2020年11月21日
三、对流传热系数的影响因素
1. 流体的种类和相变化情况——牛顿流体/非牛顿流体、有相变/无相变 2. 流体的物性——密度、粘度、导热系数、比热容 3. 流体流动的状态——层流/湍流 4. 流体流动的原因——自然对流/强制对流
)
0.8
Pr
1
/
3
(
d2 d1
) 0.5
应用范围：Re=12000~220000，d2/d1=1.65~17
定性尺寸：当量直径de
定性温度： 流体进出口温度的算术平均值。
2020年11月21日
其中：de=d2－d1
当tw未知时，可近似认为： 被加热时:
( )0.14 1.05 w
被冷却时：
( )0.14 0.95 w
2020年11月21日
应用范围： Re 10000, 0.7 Pr 16700 , 定性尺寸： 取为管内径di。
l 60 di
定性温度：除μw取壁温以外，其余均取液体进、出口温度
Gr
Nu f (Gr, Pr)
——自然对流传热准数关系式
2020年11月21日
准数的符号和意义
准数名称 努塞尔特准数
（Nusselt）
雷诺准数
（Reynolds）
普兰特准数
（Prandtl）
格拉晓夫准数
（Grashof）
符号 准数式
意义
Nu l
表示给热的系数
lu
Re
确定流动状态的准数
Pr c p
1、流体在管内作强制对流
1）流体在圆形直管内作强制湍流
a)低粘度（大约低于2倍常温水的粘度）流体
Nu 0.023Re0.8Pr n
或
0.023
d
du
0.8
Pr n
当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。
2020年11月21日
应用范围：Re 10000,0.6 Pr 160, 管长与管径比 l / di 50