化工原理二对流传讲义热系数电子教案
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化工原理电子教案
《化工原理》电子教案绪论化工原理就是研究除化学反应以外的诸物理操作步骤原理和所用设备的课程。
化工原理是实验性很强的工科课程，是化工类和相近专业学生必修的重要技术基础课。
主要介绍单元操作的基本原理，所用典型设备的结构、计算和选用。
计算包括设计型计算和操作型计算两种。
设计型计算是指对给定的任务计算出设备的工艺尺寸；操作型计算是指对已有的设备进行查定计算。
学生学完本课程后应初步具有以下能力：（1）能理论联系实际，用工程和经济的观点处理遇到的各种化工单元操作的问题。
（2）会筛选恰当的单元操作去完成给定的生产任务；（3）在设计设备计算工作中能寻找出所需的经验数据以及适宜的公式；（4）能管理设备的正常运转，找出故障的原因并及时排除；（5）应具有强化设备与初步创新的能力。
各单元操作原理及设备的计算都是以物料衡算、能量衡算、传递速率和平衡关系的概念为依据，有关内容在以后各章中陆续介绍。
一、化工生产过程与单元操作1、化学工业所谓化学工业，是指将原料进行化学加工以得到有用的产品的工业，即：化工产品种类繁多，一般可分为无机、有机及生化产品。
若按产品用途及性能来分有染（颜）料化工、塑料橡胶化工、油脂化工、石油化工、食品化工、涂料化工、日用化工等等。
当今如何评价化学工业呢？评价可能为“让你欢喜让你忧”。
欢喜的是化学工业已经成为了国民经济中的支柱产业之一，近二、三十年以来化学工业得到了长足的发展。
化工产品处处可见，人们的衣食住行都已离不开它。
我国自七十年代以来先后引进了大型化肥、石油化工成套生产技术及成套设备，如30万吨合成氨,45万吨尿素成套设备及技术；30万吨乙烯,45万吨芳烃的成套设备及技术。
金山石化,扬子石化,齐鲁石化令人忧虑的是化学工业带来的污染十分严重。
水污染、空气污染、白色污染日益严重，危害人类生存及发展。
2、化工生产过程不论化工生产产品的品种不同、规模大小的差异，一个化工产品生产过程总是由两大部分组成的，即核心部分和辅助部分。
化工原理 传热PPT教案
27
b r2 r1
Am
2lr2
ln r2
r1
2rml
r1
面积的对数平均值
rm
r2 r1 ln r2
r1
qQ l
半径的对数平均值
注：当 r2/r1<2时，可用算术平均 值代替对数平均值。
第27页/共132页
28
2.多层圆筒壁的热传导（稳态）
r1
r2 r3
r4
t1 tt2 3
t4
第28页/共132页
当流体被冷却时，n=0.3。 。
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜120；l d1 60 。
定性温度：取流体进、出口温度的算术平均值。
特征尺寸：取为管内径d1。
第41页/共132页
42
园形直管内高粘度液体无相变传热，给热系数
0.14
Nu
0.027Re0.8Pr 0.33
w
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜16700； l d1 60
特征尺寸 传热面的几何因素有时是很复杂的，一般选取对传
热起决定作用的几何因素作为特征尺寸，管内流动
取管内径作为特征尺寸；管外的流动取管外径作为
特征尺寸，等等。
入口效应 管内对流传热还与流体的入口效应有关，在流动 边界层与传热边界层尚未充分发展的所谓“进口
段”，给热系数还要受到速度分布和温度分布的
影响，进口段的给热系数高于充分发展后的给热
化工原理 传热
会计学
1
要求：
1.掌握热传导的基本原理、傅里叶定律、平壁与 圆筒壁的稳定热传导计算； 2.掌握对流传热的基本原理及牛顿冷却定律； 3.掌握运用传热速率方程式、热量衡算式、平均 温度差、总传热系数进行传热计算；
b r2 r1
Am
2lr2
ln r2
r1
2rml
r1
面积的对数平均值
rm
r2 r1 ln r2
r1
qQ l
半径的对数平均值
注：当 r2/r1<2时，可用算术平均 值代替对数平均值。
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28
2.多层圆筒壁的热传导（稳态）
r1
r2 r3
r4
t1 tt2 3
t4
第28页/共132页
当流体被冷却时，n=0.3。 。
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜120；l d1 60 。
定性温度：取流体进、出口温度的算术平均值。
特征尺寸：取为管内径d1。
第41页/共132页
42
园形直管内高粘度液体无相变传热，给热系数
0.14
Nu
0.027Re0.8Pr 0.33
w
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜16700； l d1 60
特征尺寸 传热面的几何因素有时是很复杂的，一般选取对传
热起决定作用的几何因素作为特征尺寸，管内流动
取管内径作为特征尺寸；管外的流动取管外径作为
特征尺寸，等等。
入口效应 管内对流传热还与流体的入口效应有关，在流动 边界层与传热边界层尚未充分发展的所谓“进口
段”，给热系数还要受到速度分布和温度分布的
影响，进口段的给热系数高于充分发展后的给热
化工原理 传热
会计学
1
要求：
1.掌握热传导的基本原理、傅里叶定律、平壁与 圆筒壁的稳定热传导计算； 2.掌握对流传热的基本原理及牛顿冷却定律； 3.掌握运用传热速率方程式、热量衡算式、平均 温度差、总传热系数进行传热计算；
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
对流传热系数详解课件
粒子图像测速技术
利用粒子图像测速系统，结合温度 测量技术，获取流体的速度场和温 度场分布，从而计算对流传热系数 。
数值模拟优化
计算流体动力学（CFD）
通过建立流体的数学模型，利用计算机模拟流体的流动和传热过 程，优化对流传热系数的预测。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习算法，对大量历史数据进行分析和学习， 提高对流传热系数的预测精度。
通过对流传热系数的测量和评估，可 以合理设计建筑外围护结构，提高建 筑物的保温、隔热性能，降低建筑能 耗，同时为建筑环境设备如空调系统 的优化提供依据。
能源利用与节能
在能源利用与节能领域，对流传热系数是评估能源转换和利用效率的关键参数。在燃烧、热力发电等 过程中，对流传热系数的优化有助于提高能源转换效率。
在工业热力过程中，对流传热系数的大小直接影响到换热 器的设计、热能利用率以及工业设备的性能。通过研究和 优化对流传热系数，可以提高工业生产的效率和能源利用 水平。
建筑环境与设备工程
在建筑环境与设备工程中，对流传热 系数是评估建筑外围护结构热工性能 的重要参数。外围护结构的传热性能 直接影响到建筑物的能耗和室内环境 舒适度。
多物理场耦合模拟
考虑流体的多物理场特性，如流动、传热、化学反应等，进行耦合 模拟，以更准确地模拟对流传热过程。
强化传热技术
01
02
03
表面强化技术
通过改变流体接触面的材 料和结构，如采用粗糙表 面、微细沟槽或添加增强 材料，提高传热效率。
插入物强化技术
在流道中插入导热性能良 好的材料或结构，如肋片 、螺旋线圈等，增加传热 面积和传热速率。
经验公式法通过对大量实验数据进行统计分析，得出对流传热系数的计算公式。 这些公式通常基于一些物理参数，如流体的性质、温度、压力等。使用经验公式 法可以快速估算对流传热系数，但精度受到实验数据和经验总结的限制。
利用粒子图像测速系统，结合温度 测量技术，获取流体的速度场和温 度场分布，从而计算对流传热系数 。
数值模拟优化
计算流体动力学（CFD）
通过建立流体的数学模型，利用计算机模拟流体的流动和传热过 程，优化对流传热系数的预测。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习算法，对大量历史数据进行分析和学习， 提高对流传热系数的预测精度。
通过对流传热系数的测量和评估，可 以合理设计建筑外围护结构，提高建 筑物的保温、隔热性能，降低建筑能 耗，同时为建筑环境设备如空调系统 的优化提供依据。
能源利用与节能
在能源利用与节能领域，对流传热系数是评估能源转换和利用效率的关键参数。在燃烧、热力发电等 过程中，对流传热系数的优化有助于提高能源转换效率。
在工业热力过程中，对流传热系数的大小直接影响到换热 器的设计、热能利用率以及工业设备的性能。通过研究和 优化对流传热系数，可以提高工业生产的效率和能源利用 水平。
建筑环境与设备工程
在建筑环境与设备工程中，对流传热 系数是评估建筑外围护结构热工性能 的重要参数。外围护结构的传热性能 直接影响到建筑物的能耗和室内环境 舒适度。
多物理场耦合模拟
考虑流体的多物理场特性，如流动、传热、化学反应等，进行耦合 模拟，以更准确地模拟对流传热过程。
强化传热技术
01
02
03
表面强化技术
通过改变流体接触面的材 料和结构，如采用粗糙表 面、微细沟槽或添加增强 材料，提高传热效率。
插入物强化技术
在流道中插入导热性能良 好的材料或结构，如肋片 、螺旋线圈等，增加传热 面积和传热速率。
经验公式法通过对大量实验数据进行统计分析，得出对流传热系数的计算公式。 这些公式通常基于一些物理参数，如流体的性质、温度、压力等。使用经验公式 法可以快速估算对流传热系数，但精度受到实验数据和经验总结的限制。
化工原理教案-化工原理教案-对流传热时间安排-182
教学难点对流传热系数的因次分析法
教学思路结合实例分析传热过程→因次分析→经验关联式
教学方法采用多媒体和黑板结合的方法
授 课 内 容
时间分配
4.3.1概述
4.3.2对流给热过程分析
4.3.5无相变对流传热系பைடு நூலகம்的经验关联式
5min
10min
10min
35min
30min
课后记事：
中北大学大学化工原理教案
授课序号4-2
任课教师
袁志国
日期
2006.9
班级
040834专业
授课题目4.3对流传热
教学目的让学生学会分析影响对流传热系数的因素，了解牛顿冷却
定律、掌握因次分析法、对流传热系数的经验关联式。
教学重点4.3.4对流传热系数的因次分析法
4.3.5无相变时的对流给热系数的经验关联式
教学思路结合实例分析传热过程→因次分析→经验关联式
教学方法采用多媒体和黑板结合的方法
授 课 内 容
时间分配
4.3.1概述
4.3.2对流给热过程分析
4.3.5无相变对流传热系பைடு நூலகம்的经验关联式
5min
10min
10min
35min
30min
课后记事：
中北大学大学化工原理教案
授课序号4-2
任课教师
袁志国
日期
2006.9
班级
040834专业
授课题目4.3对流传热
教学目的让学生学会分析影响对流传热系数的因素，了解牛顿冷却
定律、掌握因次分析法、对流传热系数的经验关联式。
教学重点4.3.4对流传热系数的因次分析法
4.3.5无相变时的对流给热系数的经验关联式
化工原理 (二)对流传热系数电子教案
(1)对流传热系数的计算
根据传热速率方程和热量衡算式有如下(rúxià)关系
Q i Stm WcCpc (t出 t进 )
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的 i，整理出不同(bù tónɡ)流速下的Nu准数与Re准数之
间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
第十三页，共二十五页。来自13实验 五 (shíyàn) 对流传热系数的测定
第十页，共二十五页。
10
11
第十一页，共二十五页。
实验五 对流(duìliú)传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热加热空气，当 传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系(guān xì)：
1 1 1
K i o
传热边界层的导热处理。必须指出是不存
在的，为了处理问题而假设的。
第五页，共二十五页。
5
一、实验(shíyà n)原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导热系数比金
4
一、实验(shíyà n)原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面(jièmiàn)上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降
也最大。 （3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层
的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定性影响的特性尺
根据传热速率方程和热量衡算式有如下(rúxià)关系
Q i Stm WcCpc (t出 t进 )
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的 i，整理出不同(bù tónɡ)流速下的Nu准数与Re准数之
间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
第十三页，共二十五页。来自13实验 五 (shíyàn) 对流传热系数的测定
第十页，共二十五页。
10
11
第十一页，共二十五页。
实验五 对流(duìliú)传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热加热空气，当 传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系(guān xì)：
1 1 1
K i o
传热边界层的导热处理。必须指出是不存
在的，为了处理问题而假设的。
第五页，共二十五页。
5
一、实验(shíyà n)原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导热系数比金
4
一、实验(shíyà n)原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面(jièmiàn)上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降
也最大。 （3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层
的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定性影响的特性尺
化工原理 (二)对流传热系数电子教案.
实验五对流传热系数的测定七、实验操作 1. 实验前准备工作 (1. 给温控仪设定适当温度，加热； (2.待蒸汽发生器内温度接近设定温度时，打开蒸汽阀门，使蒸汽进入套管环隙，并打开放气阀排除不凝性气体。
微开排液阀，以便冷凝水及时排除。
21
实验五对流传热系数的测定 2、实验操作、 1．等温度稳定后，打开空气旁通阀，开启风机，调节阀门使流量到指定刻度，待稳定后，记录数据 2．改变空气流量，稳定后，读取数据。
注意: 注意实验过程中应及时排除不凝性气体和冷凝水。
但在排放过程中，尽量不要影响实验操作的稳定性。
22
3、实验结束、（1）实验结束后，先关闭空气调节阀后关闭风机，最后关闭总电源开关。
（2）读大气压力计值，记录操作条件下大气压强值。
23
八、思考题 1．实验过程中，蒸汽温度改变对实验结果有什么影响？如何保持蒸汽温度恒定？ 2．本实验中，空气与蒸汽流径能否改变？这样安排的优点是什么？ 3．实验过程中，如何判断传热达到稳定？ 4.蒸汽冷凝过程中不凝性气体存在对实验结果会有什么影响？应采取什么措施解决？ 24。
2024版年度化工原理电子教案
2024/2/2
21
05
化学反应工程基础
2024/2/2
22
化学反应动力学基础
2024/2/2
反应速率与反应速率方程
01
阐述反应速率的定义、表示方法以及反应速率与浓度的关系。
反应机理
02
介绍反应历程、基元反应等概念，以及反应机理对反应速率的
影响。
反应动力学模型
03
建立反应动力学模型，包括零级、一级、二级等反应模型，以
2024/2/2
19
塔设备类型与结构
01 板式塔
由塔板、降液管、受液盘、溢流堰等部件组成， 具有结构简单、造价低廉等优点，适用于易分离 物系和腐蚀性物系。
02 填料塔
由填料、液体分布器、气体分布器、再分布器及 塔体等部分组成，具有通量大、压降低、分离效 率高等优点，适用于难分离物系和热敏性物系。
03 其他类型塔设备
化工原理电子教案
2024/2/2
1
目录
2024/2/2
• 化工原理概述 • 流体流动与输送 • 传热过程与设备 • 传质过程与设备 • 化学反应工程基础 • 化工过程分析与合成
2
01
化工原理概述
2024/2/2
3
化工原理的定义与重要性
定义
化工原理是研究化学工业中各种单元操作的基本原理、 设备结构及其操作性能的综合性技术科学。
单位时间内流过某截面的
流体体积或质量。
2024/2/2
02 伯努利方程
描述流体在流动过程中的
能量守恒。
04 动量方程
描述流体动量变化与外力 关系的方程。
10
流体输送设备与操作
管道与阀门
流体输送的管道系统及其控制阀门。
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流量 压强 温度 管子尺寸
17
实验五 对流传热系数的测定
五、实验所需仪器设备
（1）套管换热器：光滑管：螺旋槽管： （2）风机型号：D2—4型微音气泵； （3）铜电阻：Cu50型； （4）蒸汽发生器； （5）流量计； （6）压差计。
18
六、实验流程图
Ｔ 3 1
4
2
p
5 Ｔ
10
6
7
p
8
11
9
之间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
13
实验五 对流传热系数的测定
（2）Re与Nu的计算
Redu 4V ds 1.274V ds
i
i
Nu
i di
（3）流量的测量和密度的计算
Vs Vo
go s
1.293273paRp7源自0273t14实验五 对流传热系数的测定 二、实验内容
测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热 器中的进、出口温度，求得空气在管内的对 流传热系数。
1 1 1 K i o
若一侧的对流传热系数远小于另一侧的对流传热系数时，
如 ao ai
影响很小，K
值，接则近K1小的a1i对, K流传ai热。系说数明值很。大换的句对话流说传，热总系热数阻对由K热值阻得
大的那一侧的对流传热系数所决定。
12
实验五 对流传热系数的测定
(1)对流传热系数的计算
根据传热速率方程和热量衡算式有如下关系
热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。
湍流：质点充分混合且层流底层变薄，较大；但Re动
力消耗大。
6
一、实验原理
（4）传热面的形状、大小和位置
不同的壁面形状、尺寸影响流型；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）大小：比如管径和管长等；D/L越小，湍动程度越小 （3）位置：比如管子得排列方式
化工原理二对流传热 系数电子教案
实验五 对流传热系数的测定 一、实验原理
1、对流传热过程分析
对流传热（对流给热）是指流体中质点发生相对位移而 引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动 状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共 同作用的结果。工业生产中大量遇到的是流体流过固体表 面时与固体表面间发生的热量交换。这一过程称为对流给 热。
的因素都归结到了当中──复杂问题简单化表示。
4
一、实验原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降 也最大。
（3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层 的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
15
实验五 对流传热系数的测定 三、实验目的
1．掌握对流传热系数的测定方法。 2．测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强
制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式， 以检验通用的对流传热准数关联式。 3.了解对流传热系数的影响因素和强化传热的 途径。
16
实验五 对流传热系数的测定 四、测量参数
Q K S tm W C pt出 t进
tm
T t出 T t进
T ln
t出
T t进
Q iS tm W cC p c(t出 t进 )
i
W C pt出 t进V s C pt出 t进
s tm
s tm
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的i，整理出不同流速下的Nu准数与Re准数
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定 性影响的特性尺寸L来表示其大小。
（5）是否发生相变
主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。一般情况下，有相变化时对 流传热系数较大。
7
一、实验原理
4、获得给热系数的方法
① 解析法：对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算 方程和速率方程，在少数简单的情况下可以联立求解流场的温 度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律 的形式，获得给热系数的理论计算式。这是对流给热过程的解 析解。这是一个复杂的过程，一般用于理论讨论。
由于对流传热本身是一个非常复杂的物理问题， 现在用牛顿冷却定律把复杂问题简单表示，把复杂问 题转到计算对流传热系数上面。所以，对流传热系数 大小的确定成为了一个复杂问题，其影响因素非常多。 目前还不能对对流传热系数从理论上来推导它的计算 式，只能通过实验得到其经验关联式。
9
一、实验原理
因次分析法
＝f(u，l，，，cp，，g，t) 基本因次，共4个，长度L，时间T，质量M，温度t
2
一、实验原理
热流体到壁面或壁面到冷流体的热量传递过程
3
一、实验原理
2、对流传热过程的数学描述
流体被冷却时， dQa(TTw)dS
流体被加热时 dQa(TwT)dS
上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果，它
只是一种推论，是一个实验定律，假设Q∝t。对流传热
是一个非常复杂的物理过程，实际上由于有效膜厚度难 以测定，牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的 数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程
变量总数：共8个 因次分析之后，所得准数关联式中共有4个无因次数群
（由定理 8-4 = 4 ）
因次分析结果如下： N uC R ePrkG rg
10
11
实验五 对流传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热 加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系：
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
传热边界层的导热处理。必须指出是不存 在的，为了处理问题而假设的。
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一、实验原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导
1． 蒸汽发生器 2．压力表 3．安全阀 4．套管换热器 5．放气阀 6．压力表 7．转子流量计 8．旁通阀 9．风机 10．冷凝水放水阀 11．冷凝水收集罐
② 数学模型法：对给热过程作出简化的物理模型和数学描述 ，用实验检验或修正模型，确定模型参数。
③ 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。这是理论指导下的实验研究方法，在 对流给热中广为使用。
④ 实验法：对少数复杂的对流给热过程适用。
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一、实验原理
5、对流传热系数经验关联式的建立
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实验五 对流传热系数的测定
五、实验所需仪器设备
（1）套管换热器：光滑管：螺旋槽管： （2）风机型号：D2—4型微音气泵； （3）铜电阻：Cu50型； （4）蒸汽发生器； （5）流量计； （6）压差计。
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六、实验流程图
Ｔ 3 1
4
2
p
5 Ｔ
10
6
7
p
8
11
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之间的函数关系，也就是确定出式中的C和γ。
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实验五 对流传热系数的测定
（2）Re与Nu的计算
Redu 4V ds 1.274V ds
i
i
Nu
i di
（3）流量的测量和密度的计算
Vs Vo
go s
1.293273paRp7源自0273t14实验五 对流传热系数的测定 二、实验内容
测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热 器中的进、出口温度，求得空气在管内的对 流传热系数。
1 1 1 K i o
若一侧的对流传热系数远小于另一侧的对流传热系数时，
如 ao ai
影响很小，K
值，接则近K1小的a1i对, K流传ai热。系说数明值很。大换的句对话流说传，热总系热数阻对由K热值阻得
大的那一侧的对流传热系数所决定。
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实验五 对流传热系数的测定
(1)对流传热系数的计算
根据传热速率方程和热量衡算式有如下关系
热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。
湍流：质点充分混合且层流底层变薄，较大；但Re动
力消耗大。
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一、实验原理
（4）传热面的形状、大小和位置
不同的壁面形状、尺寸影响流型；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）大小：比如管径和管长等；D/L越小，湍动程度越小 （3）位置：比如管子得排列方式
化工原理二对流传热 系数电子教案
实验五 对流传热系数的测定 一、实验原理
1、对流传热过程分析
对流传热（对流给热）是指流体中质点发生相对位移而 引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动 状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共 同作用的结果。工业生产中大量遇到的是流体流过固体表 面时与固体表面间发生的热量交换。这一过程称为对流给 热。
的因素都归结到了当中──复杂问题简单化表示。
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一、实验原理
影响因素：
（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三 个过程组成。
（2）同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐 步下降，其层流内层热阻最大，因而温降 也最大。
（3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层 的流体质点作相对位移和传热混合的统称。
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实验五 对流传热系数的测定 三、实验目的
1．掌握对流传热系数的测定方法。 2．测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强
制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式， 以检验通用的对流传热准数关联式。 3.了解对流传热系数的影响因素和强化传热的 途径。
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实验五 对流传热系数的测定 四、测量参数
Q K S tm W C pt出 t进
tm
T t出 T t进
T ln
t出
T t进
Q iS tm W cC p c(t出 t进 )
i
W C pt出 t进V s C pt出 t进
s tm
s tm
通过上式计算出实测值i。
可以利用已知的i，整理出不同流速下的Nu准数与Re准数
对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定 性影响的特性尺寸L来表示其大小。
（5）是否发生相变
主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。一般情况下，有相变化时对 流传热系数较大。
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一、实验原理
4、获得给热系数的方法
① 解析法：对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算 方程和速率方程，在少数简单的情况下可以联立求解流场的温 度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律 的形式，获得给热系数的理论计算式。这是对流给热过程的解 析解。这是一个复杂的过程，一般用于理论讨论。
由于对流传热本身是一个非常复杂的物理问题， 现在用牛顿冷却定律把复杂问题简单表示，把复杂问 题转到计算对流传热系数上面。所以，对流传热系数 大小的确定成为了一个复杂问题，其影响因素非常多。 目前还不能对对流传热系数从理论上来推导它的计算 式，只能通过实验得到其经验关联式。
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一、实验原理
因次分析法
＝f(u，l，，，cp，，g，t) 基本因次，共4个，长度L，时间T，质量M，温度t
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一、实验原理
热流体到壁面或壁面到冷流体的热量传递过程
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一、实验原理
2、对流传热过程的数学描述
流体被冷却时， dQa(TTw)dS
流体被加热时 dQa(TwT)dS
上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果，它
只是一种推论，是一个实验定律，假设Q∝t。对流传热
是一个非常复杂的物理过程，实际上由于有效膜厚度难 以测定，牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的 数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程
变量总数：共8个 因次分析之后，所得准数关联式中共有4个无因次数群
（由定理 8-4 = 4 ）
因次分析结果如下： N uC R ePrkG rg
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实验五 对流传热系数的测定
5、对流传热系数的实验测定
在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热 加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K 有以下关系：
（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度 的
传热边界层的导热处理。必须指出是不存 在的，为了处理问题而假设的。
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一、实验原理
3、影响对流传热系数的因素
（1） 引起流动的原因
自然对流： 强制对流：
（2） 流体的物性
影响较大的物性有：，，，cp。
（3） 流动型态
层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导
1． 蒸汽发生器 2．压力表 3．安全阀 4．套管换热器 5．放气阀 6．压力表 7．转子流量计 8．旁通阀 9．风机 10．冷凝水放水阀 11．冷凝水收集罐
② 数学模型法：对给热过程作出简化的物理模型和数学描述 ，用实验检验或修正模型，确定模型参数。
③ 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。这是理论指导下的实验研究方法，在 对流给热中广为使用。
④ 实验法：对少数复杂的对流给热过程适用。
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一、实验原理
5、对流传热系数经验关联式的建立