7相变对流传热
各种对流换热过程的特征及其计算公式
各种对流换热过程的特征及其计算公式对流换热是指热量通过传导和传导的方式从一个物体转移到另一个物体的过程。
在许多工程和自然现象中，对流换热都起着重要的作用。
下面是各种对流换热过程的特征及其计算公式。
1.强制对流换热：强制对流换热是指通过对流传热介质（如气体或液体）的外力驱动，使热量从一个物体转移到另一个物体的过程。
其特征包括：-较高的传热速率：由于外力使传热介质保持流动状态，因此强制对流传热速率较高。
-计算公式：Q=h*A*(Ts-T∞)其中，Q是传热速率，h是对流换热系数，A是传热面积，Ts是表面温度，T∞是流体温度。
2.自然对流换热：自然对流换热是指在没有外力驱动的情况下，通过自然气流或自然对流传热介质（如气体或液体）进行热量传输的过程。
其特征包括：-由温度差引起的自然循环：由于温度差异造成的密度差异，导致气体或液体在物体表面形成循环，从而传热。
-计算公式：Q=α*A*ΔT其中，Q是传热速率，α是自然对流换热系数，A是传热面积，ΔT 是温度差。
3.相变换热：相变换热是指物体在相变过程中吸收或释放的热量。
其特征包括：-温度保持不变：当物体处于相变过程中时，温度保持不变，热量主要用于相变过程。
-计算公式：Q=m*L其中，Q是传热速率，m是物体的质量，L是单位质量的相变潜热。
4.辐射换热：辐射换热是指通过电磁辐射传播热量的过程。
其特征包括：-不需要传热介质：辐射传热不需要传热介质，可以在真空中传递热量。
-计算公式：Q=ε*σ*A*(Th^4-Tc^4)其中，Q是传热速率，ε是辐射率，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，A 是物体表面积，Th和Tc分别是辐射物体和周围环境的温度。
总结：不同的对流换热过程具有不同的特征和计算公式。
在实际应用中，根据具体的情况选择适当的计算公式可以帮助我们准确计算和分析热量的传递过程。
要注意，实际的对流换热过程可能是多种换热方式的复合，需要综合考虑不同的换热方式。
对流换热公式汇总与分析..
对流换热公式汇总与分析【摘要】流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热，它已不是基本传热方式。
本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。
【关键词】对流换热 类型 公式 适用范围对流换热的基本计算形式——牛顿冷却公式：)(f w t t h q -= )/(2m W或2Am 上热流量 )(f w t t h -=Φ )(W上式中表面传热系数h 最为关键，表面传热系数是众多因素的函数，即),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ=综上所述，由于影响对流换热的因素很多，因此对流换热的分析与计算将分类进行，本文所涉及的典型换热类型如表1所示。
表1典型换热类型1. 受迫对流换热 1.1 内部流动1.1.1 圆管内受迫对流换热 (1)层流换热公式西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为14.03/13/13/1)()(PrRe86.1wf fff l d Nu μμ= 或写成 14.03/1)()(86.1w f f f l d Pe Nu μμ=式中引用了几何参数准则ld，以考虑进口段的影响。
适用范围：16700Pr 48.0<<，75.9)(0044.0<<wfμμ。
定性温度取全管长流体的平均温度，定性尺寸为管内径d 。
如果管子较长，以致2])()Pr [(Re 14.03/1≤⋅wf l dμμ则f Nu 可作为常数处理，采用下式计算表面传热系数。
常物性流体在热充分发展段的Nu 是)(66.3)(36.4const t Nu const q Nu w f f ====(2)过渡流换热公式对于气体，5.1Pr 6.0<<f ，5.15.0<<wf T T ，410Re 2300<<f 。
45.03/24.08.0)]()(1[Pr )100(Re 0214.0wf f f f T T l dNu +-=对于液体，500Pr 5.1<<f ，20Pr Pr 05.0<<wf ，410Re 2300<<f 。
《食品工程原理》第五章 传热
传热
Heat Transfer
第一节 传热概述 第二节 热传导 第三节 对流传热 第四节 热交换 第五节 辐射传热
.
第一节 传热概述
5-1 传热的基本概念
1.传热基本方式
（1）热传导（conduction）
当物体内部或两直接接触的物体间有温度差时， 温度较高处的分子与相邻分子碰撞，并将能量的 一部分传给后者。
G P r 6 r .1 2 6 0 0 6 .4 7 .0 1 4 60 3
查表5-3 a = 0.53, m = 1/4
Nu=a(Pr·Gr)m
N u aL 0. 5(3 4 .1 460 )3 1/ 424.3 λ
αN λ u 24 0.3 .0 7 3.04 W 512/K (m ) L 0.1
δ1
δ2
.
本次习题
p.195
2. 5.
.
5-4 通过圆筒壁的稳态导热
5.4A 通过单层圆筒壁的稳态导热
Φλ2πrLdT
dr
Φ 2π
r2
Lr1
drλT2
r
T1
dT
Φ
2πLλ
lnr2 (T1
T2
)
r1
令
rmΦ rl2n2δ π rr12r1 m/rLλ T1T δln2rr12r2rδrm1
令 Am 2π rm L
.
M 3 Θ 1 L 1 a L T b M T 1 T 1 c M 3 Θ L 1 d M 3 L e L 2 T 2 Θ 1 f L L T 2 g
按因次一致性原则
对质量M 1 = c + d + e 对长度L 0 = a + b – c + d – 3e + 2f + g
西安交通大学传热学课件
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
9/76
传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer 11/76
传热学 Heat Transfer
§7-2 层流膜状凝结传热
凝结传热是一个非常复杂的现象
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。
传热学 Heat Transfer 38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation） 2、沸腾（boiling） （1）定义
工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
39/76
（2）分类
传热学 Heat Transfer
一、不凝结气体
增加了传递过程的阻力 减小了凝结的驱动力 二、蒸气流速 使液膜变厚 使液膜变薄
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三、过热蒸汽
传热学 Heat Transfer
四、液膜过冷度及温度分布的非线性
五、管子排数 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管
六、管内冷凝
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传热学 Heat Transfer
7.相变对流传热
实验表明，由于液膜表面波动， 实验表明，由于液膜表面波动，凝 结换热得到强化，因此， 结换热得到强化，因此，实验值比 上述得理论值高20 左右。 20％ 上述得理论值高20％左右。故工程 中采用
Re c = 1600
湍流
rgλ3 ρl 2 l hV = 1.13 ηl l (t s − t w )
tw < ts
凝结形态的决定性因素 ‐ 是否形成膜状凝结主要取 决于凝结液的润湿能力； 决于凝结液的润湿能力； ‐ 而润湿能力又取决于表面 张力； 张力；表面张力小的润湿 虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是， 虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝结 能力强。 能力强。 很难保持，因此，工程实践应用中只能实现膜状凝结。 很难保持，因此，工程实践应用中只能实现膜状凝结。为保 ‐ 实践表明 以膜状凝结计算作为设计的依据。 实践表明， 证凝结效果， ，几乎所有的常 证凝结效果，应以膜状凝结计算作为设计的依据。 用蒸气在纯净条件下在常 用工程材料洁净表面上都 得到膜状凝结。 能得到膜状凝结。
1 4
几点说明
定性温度 除r 用 ts 外其余皆为 w+ts)/2 外其余皆为(t 公式适用范围 层流 Re<1600 4 A 4bδ d e ρul Re de = c = = 4δ Re = P b
Why？
η
⇒ Re =
4 δρ u l
Q h(t s − t w )l = rqml
⇒ Re =
考虑假设③忽略惯性力； 考虑假设③忽略惯性力；
X
X
dx
考虑假设⑦忽略蒸气密度； 考虑假设⑦忽略蒸气密度； 考虑假设⑤ 考虑假设⑤之考虑导热
只有u 两个未知量，故控制方程简化为： 只有 和 t 两个未知量，故控制方程简化为：
2020中国石油大学(华东)油气储运专业综合考研初试考试大纲
一、考试要求：1、要求考生掌握工程流体力学和传热学的基本概念、基本原理和基本计算分析方法，具有运用基础理论解决实际问题的能力。
2、考试时携带必要书写工具之外，须携带计算器。
二、考试内容：1、工程流体力学（1）流体及其主要物理性质a）正确理解和掌握流体及连续介质的概念；b）流体主要物理性质：密度、重度和相对密度的关系；流体压缩性、膨胀性及流体粘性产生原因及温度对流体粘性的影响；牛顿内摩擦定律；正确理解理想流体和实际流体的概念等；c）作用在流体上的力。
（2）流体静力学a）熟练掌握流体静压力的概念和二个基本特性；b）掌握用微元体分析法推导流体平衡微分方程的方法，熟练掌握水静力学基本方程式及应用；c）掌握压强表示方法（绝对压强、表压和真空度）、单位换算关系以及测量和计算；d）掌握绝对静止与相对静止流体中的等压面和压强分布规律的分析方法；e）掌握在液面压强p0=pa和p0≠pa两种情况下静止流体作用在平面和曲面上的总压力（包括大小、方向和作用点）以及物体浮力的计算方法。
（3）流体运动学与动力学基础a）正确理解描述流体运动的拉格朗日法、欧拉法，随体导数及其意义；b）掌握稳定流与不稳定流、流线与迹线、有效断面、流量、断面平均流速、流束与总流、空间和平面及一元流动、动能修正系数、缓变流、水头线（位置水头线线、测压管水头和总水头线）及水力坡降、流量系数、总压强与驻压强、泵的扬程和功率等基本概念；c）掌握欧拉运动方程、连续性方程、伯努利方程及动量方程的推导思路，并理解方程的物理意义及使用条件和范围，并熟练掌握连续性方程、伯努利方程和动量方程的应用。
（4）流体阻力和水头损失a）正确理解和掌握层流、紊流、雷诺数、水力半径、水力光滑与水力粗糙等概念；b）掌握因次分析和相似原理（特别是各种比尺及三个相似准数：雷诺数、富劳德数、欧拉数）在试验中的应用；c）掌握用N-S 方程分析几种典型的层流问题（如圆管层流、平板层流等）流动规律；d）掌握层流、紊流状态下圆管和非圆管的水头损失（沿程损失及局部损失）的计算方法。
传热学3-7章问答题及答案
第三章 非稳态热传导一、名词解释非稳态导热：物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。
数Bi ：Bi 数是物体内部导热热阻λδ与表面上换热热阻h 1之比的相对值，即：λδh Bi =o F 数：傅里叶准则数2τl a Fo =，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。
二、解答题和分析题1、数Bi 、o F 数、时间常数c τ的公式及物理意义。
答：数Bi ：λδh Bi =，表示固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。
2τl a Fo =，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。
hA cVc ρτ=， c τ数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。
2、0→Bi 和∞→Bi 各代表什么样的换热条件？有人认为0→Bi 代表了绝热工况，是否正确，为什么？答：1）0→Bi 时，物体表面的换热热阻远大于物体内部导热热阻。
说明换热热阻主要在边界，物 体内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。
可以用集总参数法进行分析求解。
2）∞→Bi 时，物体表面的换热热阻远小于物体内部导热热阻。
在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，物体的表面温度就等于周围介质的温度。
但是，因为物体内部导热热阻较大，所以物体内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐下降。
在这种情况下，物体的冷却或加热过程的强度只决定于物体的性质和几何尺寸。
3）认为0→Bi 代表绝热工况是不正确的，0→Bi 的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。
3、厚度为δ2，导热系数为λ，初始温度均匀并为0t 的无限大平板，两侧突然暴露在温度为∞t ，表面换热系数为h 的流体中。
试从热阻的角度分析0→Bi 、∞→Bi 平板内部温度如何变化，并定性画出此时平板内部的温度随时间的变化示意曲线。
答：1）0→Bi 时，平板表面的换热热阻远大于其内部导热热阻。
第7章_相变对流传热讲解
5、6、蒸气过热与液膜过冷
（只要对潜热项进行适当修正即可） 蒸汽过热: r" r c p,v (tv ts ) 液膜过冷:
r ' r 0.68c p (ts tw ) r (1 0.68Ja)
7.3.2 膜状凝结传热的强化
1. 基本原则: 尺量减薄液膜厚度(膜层热阻是主要热阻) 2. 强化技术——增加尖突物、及时排液 (1)采用高效冷凝面——原理：利用表面张力使肋顶 或沟槽脊背的液膜拉薄，从而增强换热。 ①低肋高、小节距横管；②锯齿管； (2)使液膜在下流过程中分段泄出或采用其他加速排 泄的措施，保持开始段δ较薄的条件 ——①加泄出罩; ②顺液流方向开沟槽的竖管 (3)采用微肋管(强化管内换热)
1、不凝结气体的影响 影响机理：
(1)冷壁面附近形成一不凝结气体层，增加了一项热阻 (2)不凝结气体的存在使壁面附近的蒸气分压下降，相
应的饱和温度下降，从而使凝结换热的驱动力下降
影响结果：使表面传热系数大大下降，换热削弱 影响程度：与压力、热负荷、运动速度等有关 例：纯净水蒸汽膜状凝结，h=5820-11630W/m•℃， 含有1%空气时，实验证明 h值将下降60%左右
7-2 膜状凝结分析解及计算关联式
主要内容：分析求解思路、求解结果、适用条件(场合)
7.2.1 努塞尔蒸气层流膜状凝结分析解(1916年提出) 1、基本依据：液膜热阻为过程的主要热阻 2、简化假设（详见P303） (1)常物性； (3)忽液膜惯性力； (7)ρ v<< ρ l; (2)蒸汽静止； (4)汽液界面无温差，tδ=ts； (8)液膜表面平整无波动。
7-5 大容器沸腾传热的实验关联式
一 、大容器饱和核态沸腾
表面传热系数或热流密度的计算
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?整个竖壁平均表面传热系数
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表竖壁
7.2.2 膜状凝结分析扩展
?倾斜壁平均表面传热系数
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l2g 3 3l
则，x+dx 处质量流量的增量
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(hd=(5~10)hf)
g
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?凝结形态的决定性因素
‐ 是否形成膜状凝结主要取 决于凝结液的润湿能力；
‐ 而润湿能力又取决于表面 虽然珠张状力凝；结表换面热张远力大小于的膜润状湿凝结，但可惜的是，珠状凝结 很难保能持力，强因。此，工程实践应用中只能实现膜状凝结。为保 证凝‐结实效践果表，明应，以几膜乎状所凝有结的计常算作为设计的依据。
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下脚标 l 表示液相
? 考虑假设③忽略惯性力；
? 液膜在x方向的压力梯度可按
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X X 界面y=δ处压力梯度计算。 考
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? 求解与结果 ?流速u
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? 定义 – 蒸气与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释 放给固体壁面的过程。
? 产生条件：壁面温度tw<蒸汽的饱和温度ts ? 分类(凝结液与壁面浸润情况)
– 膜状凝结(filmwise condensation): – 珠状凝结(dropwise condensation) ? 实例 – 发电厂凝汽器、制冷装置中的冷凝器 – 深秋玻璃上的水膜
用蒸气在纯净条件下在常 用工程材料洁净表面上都 能得到膜状凝结。
7.2 膜状凝结分析解及计算关联式
7.2.1 纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热（竖壁）的分析
? 简化假设 ① 常物性； ② 蒸气静止，气液界面无对液膜的粘滞应力； ③ 液膜的惯性力忽略； ④ 气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度； ⑤ 膜内温度线性分布，热量转移只有导热； ⑥ 液膜的过冷度、蒸汽的过热度忽略； ⑦ 忽略蒸汽密度（ρv<< ρl ）； ⑧ 液膜表面平整无波动
?凝结换热研究关键点
‐ 凝结可能以不同的形式发生，膜状凝结和珠状凝结 ‐ 冷凝物相当于增加了热量进一步传递的热阻 ‐ 层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式 ‐ 影响膜状凝结换热的因素 ‐ 会分析竖壁和横管的换热过程，及Nusselt膜状凝结
理论
?凝结换热中的重要参数
– 蒸汽的饱和温度与壁面温度之差（ts - tw） – 汽化潜热 r – 特征尺度
?边界层方程组的简化
tw ? ts g
m? ( x)
微元控制体
? 凝结液膜的流动和传热符合 边界层薄层性质。
? 取重力方向为x方向，稳态 情况下，边界层描述为
t(y)
Thermal boundary layers
u(y)
Velocity boundary layers
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qm ? dqm
?液膜厚度
凝结液体的 潜热
引入假设⑥不考虑液膜过冷所释放的显热，
根据能量守恒定律，微元体
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液膜的导热
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第7章 相变对流换热
Phase Transformation Convection Heat Transfer
相变换热 ：凝结换热和沸腾换热
相变换热的 特点：
?由于有潜热释放和相变过程的复杂性，比单相对流换 热更复杂； ?目前，工程上也只能助于经验公式和实验关联式。
7.1 凝结换热
7.1.1 概述
– 其他热物理性质，如? 、λ、cp等。
7.1.2 凝结过程
? 膜状凝结
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作
用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，
g
因此，液膜厚度直接影响了热量传递。 ? 珠状凝结
当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁
面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸
汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结
虑假设②
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? 考虑假设⑦忽略蒸气密度； ? 考虑假设⑤之考虑导热
?只有u 和 t 两个未知量，故控制方程简化为：
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引入假设⑥温度线 性分布，热量转移
仅考虑导热
?局部表面传热系数
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