《對流換熱教程》ppt課件-文庫吧
2025-04-13 23:35 本頁面
【正文】 那么所有支配這兩種作用的因素，諸如流動的起因、流動狀態(tài)、流體物性、物相變化、壁面的幾何參數(shù)、管路的振動等等，都會影響對流換熱系數(shù) α。? （ 1）流體流動的起因? 流體在壁面上流動的原因有兩種：一種是自然對流，另一種是強(qiáng)制對流。一般地說，強(qiáng)制對流的流速較自然對流高，因而對流換熱系數(shù)也高。例如空氣自然對流換熱系數(shù)約為 5～ 25 W/（ m2℃ ），強(qiáng)制對流換熱系數(shù)可達(dá) 10～ 100 W/（ m2℃ ）；再如受風(fēng)力影響，房屋墻壁外表面的對流換熱系數(shù)比內(nèi)表面高出一倍以上。 影響對流換熱系數(shù)的主要因素影響對流換熱系數(shù)的主要因素 對流換熱的概念及牛頓冷卻公式13? （ 2）流體的流態(tài)? 流體的流動存在著兩種不同形式的流態(tài)，即層流和紊流。層流時，流體沿壁面法線方向的熱量傳遞主要依靠導(dǎo)熱，故對流換熱系數(shù)的大小取決于流體的導(dǎo)熱系數(shù)。紊流時，紊流核心的熱阻較小，對流換熱系數(shù)的大小主要取決于層流底層的熱阻。因此，要強(qiáng)化對流換熱效果，應(yīng)該在一定程度上提高流體的流速，這樣可以使流體的流態(tài)由層流變?yōu)槲闪?，減小層流底層的厚度，提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。? （ 3）流體的物理性質(zhì)? 流體的物理性質(zhì)如密度 ρ、動力粘度 ν、導(dǎo)熱系數(shù) λ以及定壓比熱容 cp等，對對流換熱有很大的影響。流體的導(dǎo)熱系數(shù)越大，流體與壁面之間的熱阻就越小，換熱就越強(qiáng)烈； 對流換熱的概念及牛頓冷卻公式14? 流體的比定壓熱容和密度越大，單位質(zhì)量攜帶的熱量就越多，傳遞熱量的能力就越強(qiáng)；流體的粘度越大，粘滯力就越大，這就阻礙了流體的流動，加大了層流邊界層的厚度，不利于對流換熱。? （ 4）流體的相變? 流體是否發(fā)生了相變，對對流換熱的影響很大。流體不發(fā)生相變的對流換熱，是由流體顯熱的變化來實現(xiàn)的。而對流換熱有相變時，流體吸收或放出汽化潛熱。對于同種流體，潛熱換熱要比顯熱換熱劇烈得多。因此，有相變時的對流換熱系數(shù)要比無相變時的大。另外，沸騰時液體中氣泡的產(chǎn)生和運動增加了液體內(nèi)部的擾動，從而強(qiáng)化了對流換熱。 對流換熱的概念及牛頓冷卻公式15? （ 5）換熱表面的幾何因素? 幾何因素是指換熱表面的形狀、大小、狀況（光滑或粗糙程度）以及相對位置等。幾何因素影響了流體的流態(tài)、流速分布和溫度分布，從而影響了對流換熱的效果。如 圖 （ a） 所示，流體在管內(nèi)強(qiáng)制流動與管外強(qiáng)制流動，由于換熱表面不同，流體流動產(chǎn)生的邊界層也不同，其換熱規(guī)律和對流換熱系數(shù)也不相同。在自然對流中，流體的流動與換熱表面之間的相對位置，對對流換熱的影響較大， 圖 （ b） 所示的平板表面加熱空氣自然對流時，熱面朝上氣流擾動比較激烈，換熱強(qiáng)度大；熱面朝下時流動比較平靜，換熱強(qiáng)度較小。 對流換熱的概念及牛頓冷卻公式16? （ 6）管路的振動? 當(dāng)換熱介質(zhì)流經(jīng)換熱器管路時，會或多或少地引起管路的振動，尤其是蒸汽介質(zhì)，會使振動更加明顯。以前人們只認(rèn)識到振動對于管路使用壽命的負(fù)面影響，近來有的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，振動實際上也是對流換熱過程中一種能量轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)移的方式，振動本身加強(qiáng)了換熱介質(zhì)的擾動，增強(qiáng)了換熱效果；另外振動也減弱了污垢在管壁處的積累，減小了熱阻。圖 (a)強(qiáng)迫對流； (b)自然對流 對流換熱的概念及牛頓冷卻公式17? 前邊我們學(xué)過的對流換熱牛頓冷卻公式： Q=AαΔt，雖然揭示了對流換熱量與溫差、換熱面積以及對流換熱系數(shù)之間的關(guān)系，但是并不能應(yīng)用此公式去解決實際的換熱問題。因為公式中的對流換熱系數(shù) α與換熱過程中的許多因素有關(guān)，進(jìn)行對流換熱計算的主要任務(wù)，就是確定對流換熱系數(shù) α。研究的方法大致有以下四種：分析法、實驗法、比擬法、數(shù)值法。由于對流換熱過程十分復(fù)雜，不管依靠哪種方法來求得對流換熱系數(shù)都是非常困難的?？紤]到高職學(xué)生的需要，在這里我們并不打算詳細(xì)介紹各計算公式的由來及推導(dǎo)，只是介紹計算對流換熱系數(shù)的一般方法以及公式的選擇及應(yīng)用。 對流換熱計算概述18 對流換熱準(zhǔn)則數(shù)對流換熱準(zhǔn)則數(shù) 對流換熱計算概述19 對流換熱計算概述20 對流換熱計算概述21 對流換熱計算概述22 準(zhǔn)則數(shù)之間的關(guān)系準(zhǔn)則數(shù)之間的關(guān)系 對流換熱計算概述23 對流換熱計算概述24? （ 1）定性溫度? 在使用上述公式計算準(zhǔn)則數(shù)時，往往要用到流體的物性參數(shù)，比如流體的密度 ρ、運動粘度 ν等，這些參數(shù)的大小一般都與溫度有關(guān)，而在工程計算中，同一計算流體各部分的溫度是不一樣的，比如油水換熱器進(jìn)口和出口的水溫是不一樣的。因此大多數(shù)基于試驗分析的經(jīng)驗公式都給出了一個決定公式中其他物理參數(shù)的溫度，這個溫度就叫做定性溫度。其他隨溫度變化的物理參數(shù)的取值，應(yīng)該由定性溫度決定。 定性溫度與特征尺寸定性溫度與特征尺寸 對流換熱計算概述25 對流換熱計算概述26? （ 2）特征尺寸? 參與對流換熱的換熱表面幾何尺寸往往有幾個，準(zhǔn)則數(shù)公式中所用的尺寸參數(shù)，一般是實驗中發(fā)現(xiàn)其中對換熱有顯著影響的幾何尺寸，稱為特征尺寸。如流體在圓形管內(nèi)對流換熱時，特征尺寸一般為管內(nèi)徑，而在非圓形管內(nèi)對流換熱時，則常用當(dāng)量直徑作為特征尺寸。在使用準(zhǔn)則數(shù)公式時，要按準(zhǔn)則公式的要求來確定。具體應(yīng)用情況如下：? ① 流體在圓管內(nèi)流動時，取管內(nèi)徑作為特征尺寸。? ② 流體在非圓管道內(nèi)流
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