【正文】 ) 自然對流時 ， Re一般可忽略 ， 即 Nu= f (Pr, Gr) ③ 由實驗條件所限 ， 得到 Nu= f (Re,Pr, Gr)關(guān)聯(lián)式應(yīng)注意應(yīng)用范圍； 因次分析在對流給熱中的應(yīng)用 ④ 由于流體在傳熱過程中存在傳熱邊界層 ， 所以冷流體從 t上升到 tW， 熱流體從 TW降為 T；故對冷 、 熱流體的物性應(yīng)分別取 (t +tW)/ (T+ TW)/2查取或計算；當(dāng)壁溫的計算需要確定對流給熱系數(shù) （ α未知需試差 ） ， 工程上為計算方便一般取流體主體的平均溫度來查取或計算；這個確定物性參數(shù)數(shù)值的溫度稱為 定性溫度 。 下面分四種情況來討論對流給熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式 ， 即： ① 強(qiáng)制對流時的給熱系數(shù)； ② 自然對流時的對流給熱系數(shù)； ③ 蒸汽冷凝時的對流給熱系數(shù)； ④ 液體沸騰時對流給熱系數(shù)； 強(qiáng)制對流時的對流給熱系數(shù) 強(qiáng)制對流情況下 ， Gr對 α的影響較小 ， 一般可以忽略 ， 所以 nmCNu PrRe?其中 C、 m、 n由實驗測定。 e、 Nu、 Re中的特征尺寸 l 取 d內(nèi) 。 氣體 Pr1， 被加熱： t↑， μ↑， u↓, δb↑, α↓， n=。但在工程計算中，也可取以下近似值： W???????????液體被加熱 液體被冷卻 W??????????? 強(qiáng)制對流時的對流給熱系數(shù) （ 2）流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制層流時的 α ① Gr25000，自然對流的影響可以忽略 W31 ?????????????????ldNu此式適用范圍及條件： Re2300， Gr25000， Pr6700，RePr(d/l)10（ 不適用于管長很長的情況 ） ， 特征尺寸取 d內(nèi) ；定性溫度取 tm=(t1 +t2)/2， 用 tWm=(tW1 +tW2)/2 求 μW。 3/21 ?????????dd? 適用條件： Re=12023~220230， d1/d2=~17， 特征尺寸為 de， 定性溫度取 tm=(t1 +t2)/2。 d、流速取各排最窄通道處的流速。 強(qiáng)制對流時的對流給熱系數(shù) （ 4）流體在列管換熱器管間無折流擋板的 α 用管內(nèi)強(qiáng)制對流的公式計算，但要將式中管內(nèi)徑改為管間當(dāng)量直徑。 ③ 特征尺寸 l：水平管取外徑 ， 垂直管取管長 ， 垂直板取板高； ④ Δt = twt。 如果加熱介質(zhì)是過熱蒸汽 ， 且 tw ts時 ， 則壁面上不會發(fā)生冷凝現(xiàn)象 ， 蒸汽和壁面間進(jìn)行的是一般對流傳熱 ， 此時熱阻將集中于壁面附近的蒸汽層流底層中 。 此種冷凝壁面上始終覆蓋著一層液膜 ， 蒸汽冷凝時放出的潛熱只能以導(dǎo)熱的形式通過液膜后才能傳給壁面 。 但是滴狀冷凝在工業(yè)上沒有現(xiàn)實意義 ， 難以實現(xiàn) ， 在工業(yè)上遇到的冷凝過程大多數(shù)是膜狀冷凝 。 判斷時 Re怎么求？ ??ud eRe ?oe444dSbSd?????潤濕周邊流通截面積 蒸汽冷凝時的對流給熱系數(shù) SmGu s??? ????? MbmSmbSud 444Resse ???? M = ms/b單位長度潤濕周邊上冷凝液的質(zhì)量流量也稱冷凝負(fù)荷。 按設(shè)備的尺寸和形狀可分為： 大容積沸騰 ：傳熱面沉浸在無強(qiáng)制對流液體中發(fā)生的沸騰現(xiàn)象 。 飽和沸騰 ：液體主體溫度達(dá)到或高于飽和溫度 。 α沸騰 α無相變 液體沸騰時的對流給熱系數(shù) 如圖所示，以常壓水在大容器內(nèi)沸騰為例，說明 ?t對的 ?影響： ① ?t很小時 ， 僅在加熱面有少量汽化核心形成汽泡 ， 長大速度慢， 所以加熱面與液體之間主要以自然對流為主 。 Δ t 自然對流 核狀沸騰 膜狀沸騰 ? 液體沸騰時的對流給熱系數(shù) ③ ?t 25℃ 進(jìn)一步增大到一定數(shù)值 ， 加熱面上的汽化核心大大增加 ， 以至氣泡產(chǎn)生的速度大于脫離壁面的速度 ， 氣泡相連形成氣膜 ， 將加熱面與液體隔開 ， 由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)較小 ， 使 ?降低， 此階段稱為 不穩(wěn)定膜狀沸騰 。 Δ t 自然對流 核狀沸騰 膜狀沸騰 ? 液體沸騰時的對流給熱系數(shù) （ 2） 影響沸騰傳熱的因素 ① 液體和蒸汽的性質(zhì) ， 主要包括表面張力 、 μ、 λ、 cp、 r、ρL、 ρV等； ② 操作壓力和溫度差； ③ 加熱表面的粗糙情況和表面物理性質(zhì) 。 ? ? C10~52121 ???? TTtt ? ? 1221 C10~5 TTtt ????生產(chǎn)實際中傳熱溫差往往受到客觀條件（如蒸汽壓力、氣溫、水溫等）與工藝條件（如熱敏性物料、冰點等）的制約，不能隨意變動。 ???????? ???uu??。 總傳熱阻力 22m121121111??? ????? s2s RddbddRddK管內(nèi)污垢熱阻 管外污垢熱阻 管外流體對流給熱阻力 管內(nèi)流體對流給熱阻力 間壁導(dǎo)熱阻力 減小傳熱阻力，增大傳熱系數(shù) （ 2） 增大對流給熱系數(shù)的方法主要有： ① 增大流體的流速 流速增大 ， 流體的湍動程度提高 ， 層流底層厚度減小 ，對流傳熱阻力減小 ， 對流給熱系數(shù)增大 ， 如圓形直管管內(nèi)湍流時：單管程改為雙管程 ， 流速加倍或流量增加一倍 。 另一種方法是增大單位體積換熱器的傳熱面積 ， 如在管外增加螺旋翅片 ， 以增加傳熱面積 。 工業(yè)上一般維持沸騰裝置在核狀沸騰下工作。 此階段， ?較小 ， 且隨 ?t 升高得緩慢 。無汽化核心則汽泡不會產(chǎn)生，汽化核心與傳熱面粗糙度、氧化情況、材料性質(zhì)及其不均勻性質(zhì)等多因素有關(guān)。 管內(nèi)沸騰的傳熱機(jī)理比大容器沸騰復(fù)雜得多 。 結(jié)論：工業(yè)冷凝器通常都是臥式的，但蒸發(fā)器都是立式的，這是蒸發(fā)器特點本身要求的。 推導(dǎo)上式的條件：冷凝液膜為層流；蒸汽 u=0， 對液膜無摩擦阻力；冷凝潛熱以熱傳導(dǎo)方式通過液膜；冷凝液物性為常數(shù) 。 滴狀冷凝： 若蒸汽中混有油脂類物質(zhì) ， 或者壁面被油脂沾污時 ， 冷凝液不能全部潤濕壁面 ， 而是結(jié)成滴狀小液珠從壁面落下 ， 重又露出新的冷凝面 ， 這種冷凝稱為滴狀冷凝 。 因此 ， 工業(yè)上通常使用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì) ， 其原因有兩個：一是飽和蒸汽有恒定的溫度 ， 二是它有較大的對流傳熱系數(shù) 。 這是蒸汽冷凝對流傳熱過程的一個 主要特點 。 流體作自然對流時的對流給熱系數(shù) 自然對流時 α的大小和流體的物性 、 傳熱面的大小 、 形狀 、 位置及傳熱面與流體間的溫度差都有關(guān)系 ， 情況復(fù)雜 ，僅限于討論大空間 （ 指邊界層不受干擾 ） 的自然對流 。 Ⅳ 、 tWm=(tW1 +tW2)/2 求 μW； Ⅴ 、特征尺寸 de（根據(jù)管束排列方式而定） 。 強(qiáng)制對流時的對流給熱系數(shù) 流體在管外作強(qiáng)制對流時的 α （ 1）流體垂直流過單根管的 α （ 2）流體橫向流過管束的 α PrRe nCCNu ?C C2和 n的值見表 511。 強(qiáng)制對流時的對流給熱系數(shù) （ 3）圓形直管內(nèi)強(qiáng)制過渡狀況時的 α 當(dāng) Re=2023~10000的過渡狀態(tài)時，因湍動不充分，層流底層較厚，熱阻大， α比湍流時小，作為粗略估計，可用Re104的公式算出 Re104值，然后乘以校正系數(shù) f2 52 Re1061 ???f（ 4）圓形彎管內(nèi)作強(qiáng)制對流時的 α 流體在彎管內(nèi)流動時，由于離心力的作用，擾動加劇，使對流給熱系數(shù)加大。 對于氣體， t↑， μ↑， λ↑， Pr基本不變，對空氣或其他對稱雙原子氣體， Pr≈ ， Nu= 強(qiáng)制對流時的對流給熱系數(shù) ② 高粘度的液體： 若流體平均溫度與壁溫相差較大或高粘度流體，應(yīng)對粘度進(jìn)行校正： W ?????????????d上式的應(yīng)用范圍及條件： a、 Re104； b、 Pr=~160； c、特征尺寸 l 取 d內(nèi) ； d、流體物性參數(shù)按定性溫度 tm=(t1 +t2)/2取； e、 用 tWm=(tW1 +tW2)/2 求 μW； f、不適用于液態(tài)金屬。 液體 Pr1， 被加熱： t↑， μ↓， u↑, δb↓, α↑， n=。若 l/d 50，則 α39。 因次分析在對流給熱中的應(yīng)用 總之 ， 對流傳熱是流體主體中的對流和層流底層中的熱傳導(dǎo)的復(fù)合現(xiàn)象 。 為減少實驗工作量 ， 提高實驗結(jié)果的通用性 ， 應(yīng)當(dāng)在量綱分析的指導(dǎo)下進(jìn)行；即對某一類給熱問題 ， 將影響給熱系數(shù)的因素用量綱分析歸納成幾個無量綱的特征數(shù) ， 以減少變量數(shù)目 ， 再用實驗確定這些特征數(shù)之間的具體關(guān)系 。 水平加熱面的上部有利于產(chǎn)生較大的自然對流 (如圖 a所示 )， 故房間采暖用的加熱器應(yīng)盡量放在下部；水平冷卻面的下部有利于產(chǎn)生較大的自然對流 (如圖 b所示 )， 故劇場的冷氣裝置應(yīng)放在劇場上部 。 如粘度大 ， 流動阻力大 ， 湍動程度差 ， 傳熱效果差；導(dǎo)熱系數(shù)大 ， 層流底層中熱阻小 。 強(qiáng)制對流：由外力作用 （ 輸送機(jī)械 ） 使流體流動而傳熱， 稱為強(qiáng)制對流給熱 。 若 α2↓， K↓， 為提高 α2↑， 使 K↑， 可設(shè)法使 u2↑， 同時迫使流體按規(guī)定的路徑多次橫向流過管束 ， 增大湍動程度 （ 在較低的 Re， Re100即可達(dá)到湍流 ） 。 單管程單殼程 平均溫度差 Δ tm 的計算 雙管程單殼程 平均溫度差 Δ tm 的計算 ③ 逆流與并流比較 a、當(dāng) T T2及 t t2均已確定時， Δ tm逆 Δ tm并 ，若 Q相同，則 A逆 A并 ，所以工業(yè)換熱器一般是采用逆流； b、并流 t2 總是 T2，逆流 t2 可以 T2， Q一定時 若熱流體被冷卻 (T1→ T2)，則冷卻劑溫升 (t2 t1)逆 (t2 t1)并 ，冷卻劑用量 ms2逆 ms2并 ； 若冷流體被加熱 (t1→ t2)，則加熱劑溫降 (T1T2)逆 (T1T2)并 ，加熱劑用量 ms1逆 ms1并 ； 結(jié)論： 逆流比并流優(yōu)越 ， 故應(yīng)盡可能采用逆流操作 。 mtKAQ ??傳熱基本方程式 平均溫度差 Δ tm 的計算 （ 2） 討論 ① Δ tm由逆流推導(dǎo)得出 ， 但同樣適用于并流 逆流： Δt1 = T1 t2， Δt2= T2 t1 12211221mlntTtTtTtTt???????）（）（并流： Δt1 = T1 t1， Δt2= T2 – t2 22112211mlntTtTtTtTt???????）（）（② 若 max(Δt1 , Δt2)/min (Δt1 , Δt2) 2， 221mttt ????? 平均溫度差 Δ tm 的計算 例 在一列管式換熱器中用機(jī)油和原油換熱 。 a、若 α α2相差不大，須設(shè)法同時提高 α α2 。 （ 4）提高 K值途徑的討論 22m2121121111??? ????? ss RddbddRddK 22m2121121111????????ss RddbddRddK 顯然，減小分母中的任一項，都可使 K值增大。 傳熱量 Q的計算（不考慮熱損失及化學(xué)變化） （ 2）校核計算 A已知，核算換熱器是否合用 可用 已知AtKQA ??m?傳熱任務(wù)要求的 或 要求已知 QtKAQ ?? m?可用 總傳熱系數(shù) （ 1） K的計算 22m11d1dd1d1AAbAAK ??? ???①當(dāng)傳熱面為平壁時， dA1= dAm= dA2= dA 21111??? ???bK②當(dāng)傳熱面為圓筒壁時， dA1≠ dAm≠ dA2≠ dA dA = dA2即以外表面積為基準(zhǔn)時， 1m212221dddd11??? ??? AAbAAK