化工原理---传热.第二讲-2015.5.6(公开课)
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第3章传热(2)课件(共109张PPT)《化工单元操作(第三版)》同步教学(化工版)
❖若两流体的流动方向相同，称为并流； 若两流体的流动方向相反，称为逆流； 若两流体的流动方向垂直交叉，称为 错流；若一流体沿一方向流动，另一 流体反复折流，称为简单折流；若两 流体均作折流，或既有折流，又有错 流，称为复杂折流。
❖当两流体在换热过程中均只发生相变时， 热流体温度T和冷流体温度t都始终保持不 变，称为恒温传热。
❖ 管外侧流体 ❖ ：对稳态传热
Q0 0 S0 (tc,w tc )
Q Qi Qm Qo
Q th th,w th,w tc,w
1
b
iSi
Sm
tc,w tc 1
0S0
因此，Q 1
th tc b
1
t R
i Si Sm 0 S0
th
热Q 流 体
th,w
令： R 1 1 b 1
内的平均比热，亦是进出口平均温 度下的比热。
（3）潜热法（有相变）
Qh=qm,hγh Qc=qm,cγc 若无热损失， Qh= Qc 注意：a.通过上式可计算载热体或冷流体的
热量。
b.若有热损失
Q= Qc= Qh+ QL 热损失在热流体一侧 Q= Qh= Qc+ QL 热损失在冷流体一侧
三、传热温度差的计算
❖化工过程的传热问题可分为两类：一 类是设计型问题，即根据生产要求， 选定（或设计）换热器；另一类是操 作型问题，即计算给定换热器的传热 量、流体的流量或温度等。两者均以 传热基本方程为基础。下面以设计型 问题为例分析解决传热问题要涉及到 的有关内容。
❖对于一定的传热任务，确定换热器所 需传热面积是选择（或设计）换热器 的主要任务。由传热方程式可知，要 计算传热面积，必须先求得传热速率
(二)热量衡算与热负荷的确定
❖当两流体在换热过程中均只发生相变时， 热流体温度T和冷流体温度t都始终保持不 变，称为恒温传热。
❖ 管外侧流体 ❖ ：对稳态传热
Q0 0 S0 (tc,w tc )
Q Qi Qm Qo
Q th th,w th,w tc,w
1
b
iSi
Sm
tc,w tc 1
0S0
因此，Q 1
th tc b
1
t R
i Si Sm 0 S0
th
热Q 流 体
th,w
令： R 1 1 b 1
内的平均比热，亦是进出口平均温 度下的比热。
（3）潜热法（有相变）
Qh=qm,hγh Qc=qm,cγc 若无热损失， Qh= Qc 注意：a.通过上式可计算载热体或冷流体的
热量。
b.若有热损失
Q= Qc= Qh+ QL 热损失在热流体一侧 Q= Qh= Qc+ QL 热损失在冷流体一侧
三、传热温度差的计算
❖化工过程的传热问题可分为两类：一 类是设计型问题，即根据生产要求， 选定（或设计）换热器；另一类是操 作型问题，即计算给定换热器的传热 量、流体的流量或温度等。两者均以 传热基本方程为基础。下面以设计型 问题为例分析解决传热问题要涉及到 的有关内容。
❖对于一定的传热任务，确定换热器所 需传热面积是选择（或设计）换热器 的主要任务。由传热方程式可知，要 计算传热面积，必须先求得传热速率
(二)热量衡算与热负荷的确定
第二章传热PPT课件
.
14
例：内径为25.4mm，外径为50.8mm的不锈钢管，其热 导率为21.63w/(m.k).外包厚度为25.4mm的石棉保温层， 其热导率为0.2423w/(m.k).管的内壁面温度为538℃，保 温层的外表面温度为37.8℃,计算钢管单位长度的热损失 及管壁与保温层分界面的温度。
解：r已 10.知 02/524 0.01m 2r72,0.05/028 0.02m 54, r3 r2b0.02 504 .025 04.05m 0λ 8121.6W 3 /(K m), λ 20.24W 23/(K m); T1538CT,337.8C。
H/V0.72 /1.5 13 L/d00.72 /1.5 13 2/0.01 5 /41.61
H1.61 V1.6 1 53 8 80 6w 6/m 22k
W1 s.6 1 0.010 5 .02k4/g .s2
33
2.2.8 沸腾传热
液体与温度高于其 饱和温度的壁面接 触被加热汽化、并 产生气泡的过程称 为液体沸腾或沸腾 传热。
2
定性尺寸： di 0.02m
（2）查取定性温度下的物性。
9 9.75k g/m3,8 0 .1 21 05p as,
Cp 4.17k4J/(kgk),
0.617 w/1(mk)
.
30
（3）计算水的对流传热系数
L 3 15060 di 0.02
Re
diu
0.021995.7 80.12105
2.49104
（1）单位管长的热损失Q/L
Q /L 2 π1( T T 3) 2 3.1 4 3.8 (7 )53 8 1 0W 86 1ln r21ln r3 1ln 0.0 215l4 n 0.0508
化工原理课件 热传导ppt
1 (0.15 0.29 0.228) 2.357 S 1.05 0.15 0.81 S
q Q t1 t4 1016 34 416.5W / m2 S SR 2.357
（2）求耐火砖和保温砖之间的界面温度t2
由 q1＝q＝Q/S＝l1(t1－t2)/b1
有 (t1－t2)＝qb1/l1＝416.5×0.15/1.05＝59.5 ℃
解：设外层平均直径为dm2，内层平均直径为dm1， 则：dm2＝2dm1，且 l2＝2l1
由导热速率方程知：
Q
t
t
41πdm1lt 5
1Sm1 2Sm2 1πdm1l 212πdm1l
14
两层材料互换位置后：
Q'
t
1πdm1lt
21πdm1l 1 2πdm1l
＝35℃。问：
（1）保温层的厚度最少应有多厚？
（2）假设管材的导热系数l1＝45W/(m.K)。问蒸汽管道壁的
温度降（t1－t2）是多少？
解：（1）
Q 2π2 (t2 t3 )
L
ln r3
r2
即：
150 2 3.14 0.15185
ln r3
0.0475
10
r3＝0.127 m 保温层的最小厚度应为： b2＝12－47.5＝79.5 mm （2）稳定传热，各层的导热量Q/L相同，对管材层，有：
0.37
2 0.37
5677W/m2
且
5677x
0.815t
1650
0.00076 (t
2
16502
《化工原理传热》课件
导热问题的数学描述
导热问题的数学描述通常使 用偏微分方程，如热传导方 程。
解这些方程可以得到导热过 程中的温度分布、热流量等 参数。
通过建立数学模型，可以描 述导热过程中温度随时间和 空间的变化规律。
在实际应用中，还需要考虑 其他因素如边界条件、初始 条件等。
03
对流换热
对流换热基本概念
01
02
04
辐射换热
辐射换热基本概念
定义
01
物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射换热。
辐射换热与物质属性
02
物体的辐射换热能力与其发射率、吸收率、反射率和透射率有
关。
辐射换热与温度
03
物体的辐射换热能力随温度升高而增强。
辐射换热计算方法
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体在绝对黑体条件下辐射换热的规律。
发射率修正
02
它主要通过物质分子、原子或分子的振动和相互碰 撞进行热量传递。
03
热传导是三种基本传热方式之一，另外两种是热对 流和热辐射。
傅里叶定律
傅里叶定律是热传导的基本定 律，它描述了热传导速率与温
度梯度之间的线性关系。
公式为：q = -k * grad(T)， 其中q为热流密度，k为导热 系数，grad(T)为温度梯度。
传热方式
01
02
总结词：传热主要有三 种方式：热传导、热对 流和热辐射。
详细描述
03
04
05
1. 热传导是指热量在物 质内部通过分子、原子 等微观粒子的运动传递 热量。不同物质导热能 力不同，金属是良好的 导热体。
2. 热对流是指由于物质 宏观运动引起的热量传 递过程，如气体、液体 等流动过程中热量的传 递。对流换热在化工、 能源、动力等领域有广 泛应用。
化工原理讲稿(中国石油大学)第五章 传热2.
第三节 对流传热
2.对流传热中准数关联式的简化：
经以上分析，准数关联式可写为：
Nu Re, Pr,Gr
or：
由于Gr 对强制对流的影响比较小，而Re 对自然对 流的影响比较小，因此可以分别写成：
强制对流： 自然对流：
Nu A Re x Pr y Nu A1 Pr y1 Gr z
a 1 b0 c0 d 1
第三节 对流传热
l
1 0 0 1
即
l Nu
1
lu
努赛特（Nusselt） 准数 雷诺（Reynolds） 准数
同理可得
2
Cp
3
Re
3
l gt
2
Pr
2
普朗特（Prandtl） 准数 格拉斯霍夫 （Grashof）准数
第三节 对流传热
3.准数关联式的应用条件
①公式的应用范围：雷诺数Re、普朗特准数Pr 等的范围， 其他应用条件； ②特征尺寸：水平管：直径或者当量直径；
垂直管或者垂直平板：长度或者高度
③定性温度：tm→流体的物性参数。
第三节 对流传热
4.对流传热分类
有相变 传热
对流传热 沸腾传热
膜状冷凝
冷凝传热 滴状冷凝 大容器内液体沸腾
管内强制沸腾
自然对流 无相变 传热 管外 对流 管内 对流 圆形 直管 湍流 过渡流 滞流
强制对流
非圆 管道 弯管
第三节 对流传热
五、流体作强制对流时的给热系数
㈠管内流动
1.流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热系数 气体及低粘度液体：
采用迪塔斯－贝尔特（Dittus－Boelter）方程：
化工原理 传热 完整ppt课件
─热导率或导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。
精选
18
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
13
6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
14
精选
18
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
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6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
14
传热操作技术—热传导(化工原理课件)
R1 : R2 : R3
在多层平壁的导热过程中，传热 推动力与其对应热阻成正比
接触 热阻
接触部位的固体与 1 固体的导热
通过空隙中气体的 2 导热
若空隙处温度较高,则还有辐射传热，一 般情况下因气体的热导率远远小于固体, 因此空隙中气体的导热是引起接触热阻 的主要原因。由于接触热阻的存在,交界 面两侧的温度不再相等。
液体的热导率
26
1－无水甘油
24
1
水
2
20
2－蚁酸
59
3－甲醇
57
4－乙醇
5－蓖麻油
55
6－苯胺
除水和甘油外，绝大多数非金属液
λ×85.98/(Wm-1℃－1） λH2O×85.98/(Wm-1℃－1）
3
16 4
7
9
12
14
13
10
15
6
5
8
11
10
12
7－醋酸 53
8－丙酮
体的热导率也随温度的升高而降低
请找一找，热导率大小在生活中 有哪些应用呢？
化工原理
几层不同材料组成的平壁
墙壁刨面图
双层玻璃
在化工生产中,通过多层平壁的导热过程 是很常见的,下面以三层平壁为例,说明多 层平壁导热过程的计算。
t/ 厚度b1、b2、b3 ℃
表面温度t1 t2
传热速率 Q
t3 b3
t2 t3 t4
平壁面积A
r1
当
r2 r1
≤2时，以算术平均值代替对数平均值导
致的误差<4%，在工程计算中，这一误差可以
接受。所以当两个变量的比值≤2时，经常用算
术平均值来代替对数平均值，使计算简便。
在多层平壁的导热过程中，传热 推动力与其对应热阻成正比
接触 热阻
接触部位的固体与 1 固体的导热
通过空隙中气体的 2 导热
若空隙处温度较高,则还有辐射传热，一 般情况下因气体的热导率远远小于固体, 因此空隙中气体的导热是引起接触热阻 的主要原因。由于接触热阻的存在,交界 面两侧的温度不再相等。
液体的热导率
26
1－无水甘油
24
1
水
2
20
2－蚁酸
59
3－甲醇
57
4－乙醇
5－蓖麻油
55
6－苯胺
除水和甘油外，绝大多数非金属液
λ×85.98/(Wm-1℃－1） λH2O×85.98/(Wm-1℃－1）
3
16 4
7
9
12
14
13
10
15
6
5
8
11
10
12
7－醋酸 53
8－丙酮
体的热导率也随温度的升高而降低
请找一找，热导率大小在生活中 有哪些应用呢？
化工原理
几层不同材料组成的平壁
墙壁刨面图
双层玻璃
在化工生产中,通过多层平壁的导热过程 是很常见的,下面以三层平壁为例,说明多 层平壁导热过程的计算。
t/ 厚度b1、b2、b3 ℃
表面温度t1 t2
传热速率 Q
t3 b3
t2 t3 t4
平壁面积A
r1
当
r2 r1
≤2时，以算术平均值代替对数平均值导
致的误差<4%，在工程计算中，这一误差可以
接受。所以当两个变量的比值≤2时，经常用算
术平均值来代替对数平均值，使计算简便。
化工原理--传热 ppt课件
• 气体的λ很小，有利于保温；气体的λ随温度升高而增大；
• 一般情况下，气体的λ与压力无关； 导热系数大致范围：
金属：2.3~420 W/m.K； 建筑材料： 0.25~3 W/m.K；
绝缘材料： 0.025~0.25 W/m.K； 液体： 0.09~0.6 W/m.K；
ppt课件
15
气体：0.006~0.4 W/m.K
稳态温度场： tf(x ,y ,z)
•等温面：温度相同的点组成的面，等温面彼此不相交。
2. 温度梯度
lim t t •温度梯度的方向垂直于等 n0 n n 温面，以温度增加方向为正。
3. 傅立叶定律--热传导的基本定律 •单位实际时间内传导的热量与温度梯度和导热面积成正比。
dQ ldA t
n
传热方向与温度梯度方p向pt课相件 反
• 利用余热，以降低能耗；
•绝热
醋酸乙烯气体
冷油
冷凝器
冷凝器
醋酸气体 加热器
乙炔气体
反
精
精醋酸
应
粗醋酸 馏
乙烯液
器
乙烯液体 塔
体产品
200℃
150℃
热油
ppt课件
9
2. 传热的三种基本方式
一、热传导（conduction)
• 依靠物体中微观粒子的热运动而传热；
• 特点：物体内部无宏观运动，靠物体各部分的直接接触产 生热量传递；
稳定导热时，通过各层热量相等：
Q
l1A
t1 t 2 b1
t1 b1
t1 R1
l1A
l2A
t2 t3 b2
t2 b2
t2 R2
l2A
l3A
t3 t4 b3
第二节热传导
西北大学化工原理课件
（1）、温度分布：在圆筒壁内取同心薄层圆筒，对它做热衡
计算： 2π rlq r = 2π 对于定态传热，∂t
(r =
+ 0
Δr )lq
r +Δr
+ (2π rΔrl)ρC p
∂t
∂τ
，即薄层内无热量积累，上式写成：
∂τ
2π rlq r = 2π (r + Δr )lq r+Δr = Q
−
t4
=
r3
2π lλ3
=
λ3 r3 2π l
r3
西北大学化工原理课件
三式相加：
Q=
2π l (t1 − t4 )
1 ln r2 + 1 ln r3 + 1 ln r4
λ1 r1 λ 2 r2 λ 3 r3
同理，对于几层圆筒壁，穿过各层热量
的一般公式为：
∑ Q
=
2π l (t1 − tn +1 )
+
δ2 λ2 A
+
δ3 ) λ3 A
t3
− t4
=Q
δ3 λ3 A
西北大学化工原理课件
∴Q =
t1 − t4
δ1 + δ2 + δ3
= t1 − t4 R1 + R2 + R3
λ1A λ2 A λ3 A
同理，对具有几层平壁，穿过各层热量的一般公式为：
∑ Q =
t1 − tn+1
δ i=n
( )i
i=1 λA
t1
Q = 2π λ l (t1 − t2 ) = 2π λ l (t1 − t2 )
ln r2
化工原理第二章第四节讲稿-31页文档资料
变温差传热：传热温度差随位置而改变的传热。一侧或两侧的
流体，温度随着流动方向而发生变化。
1）.恒温传热温度差：
设横坐标为换热器壁面，纵坐标为温度，因为冷热两种流 体的温度均不发生变化，所以，传热的温度差也就始终不
th tc
会发生变化，则 Δtm=th -tc
2019/9/22
2）变温传热平均温度差 ： （1）流动型式：
2) 通过管壁的传导传热
2AmTWtW或 TWtW A 2m
3) 管壁与流动中的冷流体的对流给热
32A 2tWt或 tWt 2A 32
2019/9/22
此过程为稳态传热，所以Ф1 = Ф2= Ф3 = Ф，把以上三式相加
则： 11A 1TT W 或 TT W 1A 11 2AmTWtW或 TWtW A 2m 32A 2tWt或 tWt 2A 32
d(Tt)qm,1 1cp,1qm,2 1cp,2d
d(Tt) d
11 qm ,1cp,1 qm ,2cp,2 K(Tt)dA d(Tt)
11 qm,1cp,1 qm,2cp,2
2019/9/22
f
即： ( 1 1 )Kd A d(Tt)
2r1 1 L 12 T rm L t2r2 1 L 2 1 1r1 2 L rm (T t )A 2 m r2
其中
rmlr2n r2r1,当 rr1 2 2； rmr1 2r2,当 rr1 2 2
r1
在圆筒中，有一个特殊情况，就是化工生产中最常见的薄壁管，此时
依据：总传热速率方程和热量衡算。
2019/9/22
一、总传热速率方程：
1.总传热过程分析：
固
T
热流体
体 壁 冷流体
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总之：l g
有相变 无相变
强制 自然
8
三、影响对流传热系数的因素
1.流体的性质 影响较大的物性有：
cp：比热容
：体积膨胀系数
1. ，Re，; 3. ， ; 5. ， 2.流体的种类和相变化情况: 2. ，Re， ; 4. cp，cp，
进行表达。
12
Nu K Re Pr Gr
a b
c
l Nu lu Re
Pr
努赛尔数，对流传热系数的特征数 雷诺数，流动型态对对流传热的影响 普朗特数，流体物性对对流传热的影响
cp
gtl 3 2 格拉晓夫数，自然对流对对流传热的影响 Gr 2
l lu a c p b gtl 3 2 c C( ) ( ) ( ) 2
→ 不稳定的气膜 →
↓↓
32
工业上采用核状沸腾：大
33
2. 影响因素及强化措施 （1）液体的性质
, , ,
强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）
（2）温差
在核状沸腾阶段温差提高，
（3）操作压强 （4）加热面
p t s
21
l/d<60
d f 1 l
0.7
1
过渡流（2300<Re<10000)
f 1
弯曲管内
6 10 Re
5
1. 8
1
离心力作用
d f 1 1.77 1 R
例：常压下，空气在管长为4m，管径为Φ60mm 3.5mm 的钢 管中流动，流速为 15m/s ，温度由 150oC 升至 250oC 。 试求管 壁对空气的对流传热系数。
第四节 对流传热
工程定义： 流体与固体壁面 之间的传热称为 对流传热
1
一、对流传热过程分析
T1
t2
1 (1)热 流 体 管 壁 内 侧
Q ( 对 流)
Q
对流 传导 对流
2 ( 2)管 壁 内 侧 管 壁 外 侧
Q ( 热 传 导)
热 流 体 T2
3 (3)管壁外侧 冷流体
d 0.053
例5-10？
(2)其它对流传热方式*
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六.流体有相变时的对流传热
有相变
蒸汽冷凝 液体沸腾
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蒸气冷凝时的对流传热 1、蒸汽冷凝方式 （1）膜状冷凝 （2）滴状冷凝
冷凝过程的热阻——冷凝液膜
26
27
热阻主要集中在冷凝液膜，膜 状冷凝液膜较滴状冷凝的厚。
热流方向
热流方向
滴 膜
解: 定性温度t=(150+250)/2=200oC，可查得该温度下空气的 物性数据：
0.0393W / (m o C ), 2.6 105 Pa s 0.746kg / m3 , C p 1.062kJ / (kg o C )
l / d 4 / 0.053 75.5 60
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四个特征数及其意义
1. 雷诺数Re：表征流体运动状态的影响。
2.努塞尔数Nu：
l Nu /l '
cP
α’相当于给热过程以纯导热方式进行时的传热系数，Nu 反映对流使传热系数增大的倍数。 3. 普朗特数Pr：
Pr
反映物性对给热过程的影响。气体的Pr值大都小 于1，液体Pr值常大于1。
A1
3
1. 对流传热分析
湍 流 边层流内层
缓冲层 湍流核心
热传导 热传导和对流 对流
对流传热是集热对流和热传导于一体的综 合现象。对流传热的热阻主要集中在层流内层， 因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的 主要途径。
5
二、对流传热速率方程式
C
D
B A
自然对流、核状沸腾、 膜状沸腾
水沸腾曲线
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C D
① t 5C —AB段 自然对流 液体轻微过热→自然对流→无气泡→ 很小 水沸腾曲线
A
B
② t 5 25 C —BC段 核状沸腾 局部产生气泡→气泡上升 →液体扰动→↑↑
③ t 25 C —CD段 膜状沸腾 C点：临界点 气泡增多 → 气泡产生速度>脱离表面的速度
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3.膜状冷凝传热的强化
减薄冷凝液液膜厚度； 选择正确的蒸汽流动方向；
在传热面上垂直方向上刻槽 或安装若干条金属丝等。
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七、液体沸腾时的对流传热（自学）
沸腾 管内沸腾 沸腾必要条件： 过热度 t =（t－ts）>0
大容器内沸腾
1、大容器饱和沸腾现象
存在汽化核心
推动力 （tw－ts） 沸腾三个阶段：
蒸汽冷凝、液体沸腾
al >ag， a相变 >a非相变
三、影响对流传热系数的因素
3.流体的流动状态 a湍流 >a层流 4.引起流动的原因 a强制对流 >a自然对流 5.流体温度 6.传热面的形状、位置和大小 形状：如管、板、管束等； 大小：如管径和管长等； 位置：如管子的排列方式（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。
0.8 0.8
n 1 n
强化措施：
• u,u0.8
• d, 1/d0.2
• 流体物性的影响，选大的流体
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思考：为什么加热时n取0.4，冷却时取0.3？
Nu 0.023Re Pr
0.8
情况 流体 液体 被加热
n
被冷却
层流底层温度高于平均温 度, 减小,层流底层变薄, 变大。Pr>1; Pr0.4>Pr0.3 层流底层温度高于平均温 度, 更大,层流底层更厚, 更小。Pr<1; Pr0.4<Pr0.3
蒸汽 ts
蒸汽 ts
28
Why
2. 影响冷凝传热的因素
（1）温差： 液膜层流流动时，t=ts－tW，冷凝速率 ，, （2）流体物性 冷凝液 , ；冷凝液,；潜热r , （3）蒸汽流速与流向 （u>10m/s ） 同向时， ；反向时， ； u （4）不凝气体 ： 不凝气体存在，导致 ，定期排放。 （5）冷凝壁面的影响： 沿冷凝液流动方向上液膜增厚，
简化假定：认为全部阻力都集中在厚度δ的有效膜内 故： 令：
热流体： 冷流体： 式中
Q St /
得：
Q St
牛顿冷却定律
Q 1S1 (T TW ) Q 2 S2 (tW t )
1 、 2 ── 热、冷流体的对流传热系数，
W/(m2· K)；膜系数 T 、TW、t、tW ── 热、冷流体的平均温度及 平均壁温，℃。
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无相变
五.无相变时对流传热系数的经验关联式 1）流体在圆形管内作强制湍流
0.8 n
n 0.4 被加热 Nu 0.023Re Pr （4-70） n 0.3 被冷却 适用范围： 光滑管, Re>104,0.7<Pr<120 思考： 充分发展段，即 L/di 60 与u、d有何比例关系？ 低粘度（<2水） 温差（tw-t）较小 u 0.8 0.2 t 进 t出 d 定性温度： t m 2 定性尺寸：管内径
简化：强制对流 Nu=f (Re, Pr) 使用准数关联式时注意： 1．确定物性参数数值的温度称为定性温度。 定性温度的取法：
(1)
2．特性尺寸
t1 t 2 tm 2
取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。管内强制对流传热，如为
圆管，特征尺寸取管径d；如非圆形管，通常取当量直径de de=4(流动截面)/润湿周边
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四个特征数及其意义
4.格拉晓夫数Gr
gTl l Gr gTl 2 2
3 2 2
2
自然对流的特征速度
un
gTl
Gr
l un
2 2
2
2
(Ren ) 2
显然，Gr是雷诺数的一个变形，它表征着自然对流的 影响。
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四、对流传热的特征数关系式
一般形式：Nu=f (Re, Pr, Gr)
自然对流 ： 200 ~ 1000 W / m2 K W / m2 K 强制对流 ： 1000 ~ 15000 2 蒸汽冷凝 ： 5000 ~ 15000 W / m K 2 水沸腾 ： 2500 ~ 25000 W / m K
水中
强制对流 ： 50 ~ 1500 W / m2 K 2 油类中 蒸汽冷凝 ： 500 ~ 2000 W / m K
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四、对流传热的特征数关系式
无相变时
f (u, l, , , C p , , gt )
变量总数：8个 基本因次4个：长度L，时间T，质量M，温度
根据π定律，无量纲特征数（8-4）=4
π定律 对于u个基本单位给出的q 个物理量，它们之间的关系 可以通过 q–u 个无量纲单位组合数组成一个函数式来
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d Nu cp Pr
注意事项：
t1 t 2 • 定性温度取 t m 2
• 特征尺寸为管内径di • 流体被加热时，n＝0.4；被冷却时，n＝0.3。
cp du 0.8 c p n u 0.023 ( ) ( ) 0.023 0.2 d d 0.8
新的、洁净的、粗糙的加热面，大 强化措施：将表面腐蚀，烧结金属粒
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气体
被冷 却情 况怎 样？
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以下是对上面的公式进行修正：
高粘度
Re>10000，0.7<Pr<1700，l/d>60
定性温度取tm：除