4-5_对流传热系数关联式

知识点4－5 对流传热系数关联式

【学习指导】

1．学习目的

通过本知识点的学习，了解影响对流传热系数的因素，掌握因次分析法，并能根据情况选择相应的对流传热系数关联式。理解流体有无相变化的对流传热系数相差较大的原因。

2．本知识点的重点

对流传热系数的影响因素及因次分析法。

3．本知识点的难点

因次分析法。

4．应完成的习题

4-11 在一逆流套管换热器中，冷、热流体进行热交换。两流体进、出口温度分别为t1=20℃、t2=85℃；T1=100℃、T2=70℃。当冷流体流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数不变，换热器热损失可忽略。

4-12 试用因次分析法推导壁面和流体间自然对流传热系数α的准数方程式。已知α为下

列变量的函数：

4-13 一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃。空气在换热器的管内湍流流动。压强为180kPa的饱和蒸汽在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20％，而空气的进出口温度不变，试问应采取什么措施才能完成任务，并作出定量计算。假设管壁和污垢热阻可忽略。

4-14 常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在列管换热器的管间沿轴向流动，离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm，管束由37根ф19×2的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。

4-15 温度为90℃的甲苯以1500kg/h的流量流过直径为ф57×3.5mm、弯曲半径为0.6m的蛇管换热器而被冷却至30℃，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。

4-16 流量为720kg/h的常压饱和蒸汽在直立的列管换热器的列管外冷凝。换热器的列管直径为ф25×2.5mm，长为2m。列管外壁面温度为94℃。试按冷凝要求估算列管的根数（假设列管内侧可满足要求）。换热器的热损失可以忽略。

4-17 实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和蒸汽冷凝。列管由直径为ф25×2.5mm的钢管组成。当水的流速为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数为2115W/(m2.℃)；若其它条件不变，而水的速度变为1.5m/s时，测得系数为2660 W/(m2.℃)。试求蒸汽冷凝的传热系数。假设污垢热阻可忽略。

对流传热速率方程虽然形式简单，实际是将对流传热的复杂性和计算上的困难转移到对流传热系数之中，因此对流传热系数的计算成为解决对流传热的关键。

求算对流传热系数的方法有两种：即理论方法和实验方法。前者是通过对各类对流传热现象进行理论分析，建立描述对流传热现象的方程组，然后用数学分析的方法求解。由于过程的复杂性，目前对一些较为简单的对流传热现象可以用数学方法求解。后者是结合实验建立关联式，对于工程上遇到的对流传热问题仍依赖于实验方法。

一、影响对流传热系数的因素

由对流传热的机理分析可知，对流传热系数决定于热边界层内的温度梯度。而温度梯度或热边界层的厚度与流体的物性、温度、流动状况以及壁面几何状况等诸多因素有关。

1．流体的种类和相变化的情况

液体、气体和蒸汽的对流传热系数都不相同，牛顿型流体和非牛顿型流体也有区别。本书只限于讨论牛顿型流体的对流传热系数。

流体有无相变化，对传热有不同的影响，后面将分别予以讨论。

2．流体的特性

对α值影响较大的流体物性有导热系数、粘度、比热容、密度以及对自然对流影响较大的体积膨胀系数。对于同一种流体，这些物性又是温度的函数，其中某些物性还与压强有关。

（1）导热系数λ通常，对流传热的热阻主要由边界层的导热热阻构成，因为即使流体呈湍流状态，湍流主体和缓冲层的传热热阻较小，此时对流传热主要受滞流内层热阻控制。当滞流内层的温度梯度一定时，流体的导热系数愈大，对流传热系数愈大。

（2）粘度μ由流体流动规律可知，当流体在管中流动时，若管径和流速一定，流体的粘度愈大，其雷诺数Re愈小，即湍流程度低，因此热边界层愈厚，于是对流传热系数就愈低。

（3）比热容和密度ρcp代表单位体积流体所具有的热容量，也就是说ρcp值愈大，表示流携带热量的能力愈强，因此对流传热的强度愈强。（4）体积膨胀系数β一般来说，体积膨胀系数愈大的流体，所产生的密度差别愈大，因此有利于自然对流。由于绝大部分传热过程为非定温流动，因此即使在强制对流的情况下，也会产生附加的自然对流的影响，因此体积膨胀系数对强制对流也有一定的影响。

3．流体的温度

流体温度对对流传热的影响表现在流体温度与壁面温度之差Δt、流体物性随温度变化程度以及附加自然对流等方面的综合影响。因此在对流传热系数计算中必须修正温度对物性的影响。此外由于流体内部温度分布不均匀，必然导致密度的差异，从而产生附加的自然对流，这种影响又与热流方向及管子安放情况等有关。

4．流体的流动状态

滞流和湍流的传热机理有本质的区别。当流体呈滞流时，流体沿壁面分层流动，即流体在热流方向上没有混杂运动，传热基本上依靠分子扩散作用的热传导来进行。当流体呈湍流时，湍流主体的传热为涡流作用引起的热对流，在壁面附近的滞流内层中仍为热传导。涡流致使管子中心温度分布均匀，滞流内层的温度梯度增大。由此可见，湍流时的对流传热系数远比滞流时大。

5．流体流动的原因

自然对流和强制对流的流动原因不同，因而具有不同的流动和传热规律。

自然对流是由于两流体内部存在温度差，因而各部分的流体密度不同，引起流体质点的相对位移。设ρ1和ρ2分别代表温度为t1和t2两点流体密度，流体的体积膨胀系数为β，并以Δt代表温度差（t2－t1），则每单位体积的流体所产生的升力为

（4-64）

强制对流是由于外力的作用，例如泵、搅拌器等迫使流体流动。通常，强制对流传热系数要比自然对流传热系数大几倍至几十倍。

6．传热面的形状、位置和大小

传热面的形状（如管、板、环隙、翅片等）、传热面方位和布置（水平或垂直旋转，管束的排列方式）、及管道尺寸（如管径、管长、板高和进口效应）等都直接影响对流传热系数。这些影响因素比较复杂，但都将反映在α的计算公式中。

二、对流传热过程的因次分析

所谓因次分析方法，即根据对问题的分析，找出影响对流传热的因素，然后通过因次分析的方法确定相应的无因次数群（准数），继而通过实验确定求算对流传热系数的经验公式，以供设计计算使用。

常用的因次分析方法有雷莱法和伯金汉法(Buckingham Method)两种，前者适合于变量数目较少的场合，而当变量数目较多时，后者较为简便，由于对流传热过程的影响因素较多，故本节采用伯金汉法。

（一）流体无相变时的强制对流传热过程

1 ．列出影响该过程的物理量

根据理论分析及实验研究，得知影响对流传热系数α的因素有传热设备的特性尺寸l、流体的密度r、粘度m、比热c p、导热系数λ及流速u等物理量，它们可用一般函数关系式来表达：

（4-65）

上述变量虽然有7个，但这些物理量涉及到的基本因次却只有四个，即长度L、质量M、时间q 和温度T，所有7个物理量的因次均可由上述四个基本因次导出。

2 ．确定无因次数群p的数目。

按伯金汉p定理，无因次数群的数目i等于变量数j与基本因次数m之差，则

。若用、和表示这三个准数，则式4-65可表示为：

（4-65a）

3 ．按下述步骤确定准数的形式。

（1）列出全部物理量的因次如表4-7所示

表 4-7 物理量的因次

（2）选取与基本因次数目相同的物理量（本例为4个）作为i个（本例为3个）无因次数群的核心物理量。选取核心物理量是伯金汉法的关键，选取时应遵循下列原则：①不能选取待求的物理量。例如本例中的α。②不能同时选取因次相同的物理量。③选取的核心物理量应包括该过程中的所有基本因次，且它们本身又不能组成无因次数群。本例中可选取l、λ、m和u作为核心物理量，而若选取l、r、m和u则不恰当，这是因为它们的因次中不包括基本因次T。

（3）将余下的物理量α、r和c p分别与核心物理量组成无因次数群，即

（4-66）

（4-66a）

（4-66b）

将上述等式两端各物理量的因次代入，合并相同的因次，然后按等式两边因次相等的原则即可求得有关核心物理量的指数并最终得到相应的无因次数群，例如对p1而言，有：

因上式中两边因次相等，则可得下述关系：

对质量M

对长度L

对时间q

对温度T

联立上述方程组，解得。于是

则式4-65可表示为：

（4-67）式4-67即为强制对流（无相变）传热时的准数关系式。

（二）自然对流传热过程

前已述及，自然对流是由于流体在加热过程中密度发生变化而产生的流体流动。引起流动的是作用在单位体积流体上的浮力Δρg=ρβΔt，其因次为ML-2θ-2。而影响对流传热系数的其它因素与强制对流是相同的。描述自然对流传热的一般函数关系式为：

（4-68）

式4-68中同样包括7个物理量，涉及四个基本因次，故该式也可表示为如下形式的准数关系，即

（4-68a）

依据与前述类似的方法可得

则自然对流传热时的准数关系式为

（4-69）

式4-67和式4-69中的各准数名称、符号和含义列于表4-8。

表 4-8 准数的名称、符号和含义

各准数中物理量的意义为

α———对流传热系数，W/(m 2

.℃)；

u ———流速，m/s ；

r ———流体的密度，kg/m 3

；

l ———传热面的特性尺寸，可以是管径（内径、外径或平均直径）或平板长度等，m ；

λ——流体的导热系数，W/(m 2

.℃)；

m ———流体的粘度， ；

c P ———流体的定压比热容， ℃)；

———流体与壁面间的温度差，℃；

b ———流体的体积膨胀系数，1/℃ 或1/K ；

g ———重力加速度，m/s 2

。

式4-67和式4-69仅为Nu 与Re 、Pr 或Gr 、Pr 的原则关系式，而各种不同情况下的具体关系式则需通过实验确定。

（三）使用由实验数据整理得到的关联式应注意的问题

各种不同情况下的对流传热的具体函数关系由实验来决定。在整理实验结果及使用关联式时必须注意以下问题

（1）应用范围关联式中Re、Pr等准数的数值范围等；

（2）特性尺寸Nu、Re等准数中的l应如何确定；

（3）定性温度各准数中的流体物性应按什么温度查取。

三、流体无相变时的对流传热系数

（一）流体在管内作强制对流

1．流体在光滑圆形直管内作强制湍流

（1）低粘度流体可应用迪特斯（Dittus）—贝尔特（Boelter）关联式：

（4-70）或

（4-70a）式中的n值视热流方向而定，当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。

应用范围：，0.7Pr120，（L为管长）。若，需考虑传热进口

段对α的影响，此时可将由式4-70a求得的α值乘以进行校正。

特性尺寸：管内径。

定性温度：流体进、出口温度的算术平均值。

（2）高粘度流体可应用西德尔（Sieder）—泰特（Tate）关联式：

（4-71）或

（4-71a）

式中的也是考虑热流方向的校正项。为壁面温度下流体的粘度。

应用范围：，0.7Pr1700，（L为管长）。

特性尺寸：管内径。

定性温度：除取壁温外，均取流体进、出口温度的算术平均值。

应予说明，式4-70中Pr数取不同的方次及式4-71中引入都是为了校正热流方向对α的影响。

液体被加热时，层流内层的温度比液体的平均温度高，由于液体的粘度随温度升高而下降，故层流内层中液体粘度降低，相应的，层流内层厚度减薄，α增大；液体被冷却时，情况恰好相反。但由于Pr值是根据流体进出口平均温度计算得到的，只要流体进出口温度相同，则Pr

值也相同。因此为了考虑热流方向对α的影响，便将Pr的指数项取不同的数值。对于大多数液

体，，则，故液体被加热时取n=0.4，得到的α就大；液体被冷却时取n=0.3，得到的α就小。

气体粘度随温度变化趋势恰好与液体相反，温度升高时，气体粘度增大，因此，当气体被加热时，层流内层中气体的温度升高，粘度增大，致使层流内层厚度增大，α减小；气体被冷

却时，情况相反。但因大多数气体的，则，所以气体被加热时，n仍取0.4，而气体被冷却时仍取0.3。

对式4-71中的校正项，可以作完全类似的分析，但一般而言，由于壁温是未知的，计

算时往往要用试差法，很不方便，为此可取近似值：液体被加热时，取；对气体，

则不论加热或冷却，均取。

2．流体在光滑圆形直管内作强制层流

流体在管内作强制层流时，一般流速较低，故应考虑自然对流的影响，此时由于在热流方向上同时存在自然对流和强制对流而使问题变得复杂化，也正是上述原因，强制层流时的对流传热系数关联式其误差要比湍流的大。

当管径较小，流体与壁面间的温度差也较小且流体的μ/ρ值较大时，可忽略自然对流对强制层流传热的影响，此时可应用西德尔（Sieder）—泰特（Tate）关联式：

（4-72）

或

（4-72a）应用范围：，0.7Pr6700，RePrd i/L>100（L为管长）。

特性尺寸：管内径。

定性温度：除取壁温外，均取流体进出口温度的算术平均值。

式4-72或式4-72a适用于管长较小时α的计算，但当管子极长时则不再适用，因为此时求得的α趋于零，与实际不符。但有时因上述参数不全而使其应用受到限制。

必须指出，由于强制层流时对流传热系数很低，故在换热器设计中，除非必要，否则应尽量避免在强制层流条件下进行换热。

3．流体在光滑圆形直管中呈过渡流

当时，对流传热系数可先用湍流时的公式计算，然后把算得的结果乘以

校正系数，即得到过渡流下的对流传热系数。

（4-73）4．流体在弯管内作强制对流

流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时可用下式计算对流传热系数：

（4-74）

式中

α’———弯管中的对流传热系数，W/(m2.℃)；

α———直管中的对流传热系数，W/(m2.℃)；

d i———管内径，m；

R———管子的弯曲半径，m。

5．流体在非圆形管内作强制对流

此时，只要将管内径改为当量直径，则仍可采用上述各关联式。的定义式为

但这只是一种近似的方法，而最好采用专用的关联式，例如在套管环隙中用水和空气进行对流传热实验，可得α的关联式：

（4-75）

应用范围：，。

特性尺寸：当量直径

。

定性温度：流体进出口温度的算术平均值。

此式亦可用于计算其它流体在套管环隙中作强制湍流时的传热系数。

表4-9中列出空气和水在圆形直管内流动时的对流传热系数，以供参考。由表可见，水的α值较空气的大的多。同一种流体，流速愈大，α也愈大；管径愈大，则α愈小。

（二）流体在管外作强制对流

1．流体在管束外作强制垂直流动

流体在单根圆管外作强制垂直流动时，有时会发生边界层分离，如图片4-23所示。此时，管子前半周和后半周的速度分布情况颇不相同，相应的，在圆周表面不同位置处的局部对流传热系数也就不同。但在一般换热器计算中，需要的是沿整个圆周的平均对流传热系数，且在换热器计算中，大量遇到的又是流体横向流过管束的换热器，此时，由于管束之间的相互影响，其流动与换热情况较流体垂直流过单根管外时的对流传热复杂得多，因而对流传热系数的计算大都借助于准数关联式。通常管子的排列有正三角形、转角正三角形、正方形及转角正方形四种。如图片4-24所示。

【图片4-23】流体垂直流过单根圆管的流动情况。

【图片4-24】管子的排列。

表4-9 空气和水的α值（16℃和101.3kPa）

流体在管束外流过时，平均对流传热系数可分别用下式计算：

对于错列管束

（4-76）

对于直列管束

（4-76a ）

应用范围：Re >3000。

特性尺寸：管外径 。

流速：取流体通过每排管子中最狭窄通道处的速度。

定性温度：流体进出口温度的算术平均值。

管束排数应为10，否则应乘以表4-10的修正系数。

表4-10 式4-76和式4-76a 的校正系数

2．流体在换热器的管间流动

对于常用的列管式换热器，由于壳体是圆筒，管束中各列的管子数目并不相同，而且大都装有折流挡板，使得流体的流向和流速不断地变化，因而在Re >100时即可达到湍流。此时对流传热系数的计算，要视具体结构选用相应的计算公式。

【图片4-25】换热器折流挡板。

列管式换热器折流挡板的形式较多，如图片4-25所示，其中以弓形（圆缺形）挡板最为常见，当换热器内装有圆缺形挡板（缺口面积约为25%的壳体内截面积）时，壳方流体的对流传热系数关联式如下：

（1） 多诺呼（Donohue ）法

（4-77）

应用范围： 。

特性尺寸：管外径 。

定性温度：除 取壁温外，均取流体进出口温度的算术平均值。

流速：取换热器中心附近管排中最狭窄通道处的速度。

（2） 凯恩（Kern ）法

（4-78）

应用范围：。

特性尺寸：当量直径。

定性温度：除取壁温外，均取流体进出口温度的算术平均值。

当量直径可根据图片4-26所示的管子排列情况分别用不同的公式进行计算。【图片4-26】管间当量直径的推导。

若管子为正方形排列：

（4-78）若管子为正三角形排列：

（4-79）式中

t———相邻两管的中心距，m；

———管外径，m。

O

式4-77中的流速u可根据流体流过管间最大截面积A计算，即

（4-80）式中

z———两挡板间的距离，m；

D———换热器的外壳内径，m。

上述式中的可近似取值如下：当液体被加热时，，当液体被冷却时，

；对气体，则无论是被加热还是被冷却，。这些假设值与实际情况相当接近，一般可不再校核。

此外，若换热器的管间无挡板，则管外流体将沿管束平行流动，此时可采用管内强制对流的公式计算，但需将式中的管内径改为管间的当量直径。

（三）自然对流

自然对流时的对流传热系数仅与反映流体自然对流状况的Gr准数以及Pr 准数有关，其准数关系式为

（4-81）

大空间中的自然对流，例如管道或传热设备表面与周围大气之间的对流传热就属于这种情况，通过实验测得的c和n值列于表4-11中。

式4-81中的定性温度取膜的平均温度，即壁面温度和流体平均温度的算术平均值。

表4-11 式4-81中的c和n值

四、流体有相变时的对流传热系数

有相变的对流传热问题中以蒸汽冷凝传热和液体沸腾传热最为常见，这是因为它们可以获得较单相对流传热更高的传热速率，故在工程中常被采用。

（一）蒸汽冷凝传热

1．蒸汽冷凝方式

当蒸汽处于比其饱和温度为低的环境中时，将发生冷凝现象。蒸汽冷凝主要有膜状冷凝和滴状冷凝两种方式（如图片4-27所示）：若凝液润湿表面，则会形成一层平滑的液膜，此种冷凝称为膜状冷凝；若凝液不润湿表面，则会在表面上杂乱无章地形成小液珠并沿壁面落下，此种冷凝称为滴状冷凝。

【图片4-27】蒸汽冷凝方式。

（1）膜状冷凝

在膜状冷凝过程中，固体壁面被液膜所覆盖，此时蒸汽的冷凝只能在液膜的表面进行，即蒸汽冷凝放出的潜热必须通过液膜后才能传给冷壁面，由于蒸汽冷凝时有相的变化，一般热阻很小，因此这层冷凝液膜往往成为膜状冷凝的主要热阻。冷凝液膜在重力作用下沿壁面向下流动时，其厚度不断增加，故壁面越高或水平放置的管径越大，则整个壁面的平均对流传热系数也就越小。

（2）滴状冷凝

在滴状冷凝过程中，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，在这些部位没有液膜阻碍着热流，故滴状冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。

尽管如此，但是要保持滴状冷凝却是非常困难的。即使开始阶段为滴状冷凝，但经过一段时间后，大部分都要变为膜状冷凝。为了保持滴状冷凝，曾采用各种不同的表面涂层和蒸汽添加剂，但这些方法至今尚未能在工程上实现，故进行冷凝计算时，通常总是将冷凝视为膜状冷凝。

2．膜状冷凝时的对流传热系数

（1）努塞尔特（Nusselt）理论公式

膜状冷凝对流传热系数理论公式的推导是采用努塞尔特首先提出的方法进行的。在公式的推导中作了以下假设：①冷凝液膜呈滞流流动，传热方式为通过液膜的热传导。②蒸汽静止不动，对液膜无摩擦阻力。③蒸汽冷凝成液体时所释放的热量仅为冷凝潜热，蒸汽温度和壁面温度保持不变。④冷凝液的物性可按平均液膜温度取值，且为常数。

根据上述假设，对蒸汽在垂直管外或垂直平板侧的冷凝，可推导得努塞尔特理论公式，即

(4-82) 特性尺寸取垂直管或板的高度。

定性温度除蒸汽冷凝潜热取其饱和温度t s下的值外，其余物性均取液膜平均温度t m=

(t w+t s)/2下的值。

式中各符号的意义为

L———垂直管或板的高度，m；

λ———冷凝液的导热系数，W/(m·℃)；

ρ———冷凝液的密度，kg/m3；

μ———冷凝液的粘度，kg/(m·s)；

r———饱和蒸汽的冷凝潜热，kJ/kg；

Δt———蒸汽的饱和温度t s与壁面温度t w之差，℃。

应予指出，努塞尔特理论公式适用于膜内液体为层流，温度分布为直线的垂直平板或垂直管内外冷凝时对流传热系数的求算。从滞流到湍流的临界Re值一般可取为1800。在这里Re的计算如下式，即

其中M为冷凝负荷，是指单位长度润湿周边上单位时间流过的冷凝液量，其单位为

kg/(m.s)，即M =W/b。此处W为冷凝液的质量流量(kg/s)，b为润湿周边(m)。膜状流动时液流的当量直径为d c= 4A/b，此A处为流通截面积。

（2）麦克亚当斯(McAdams)修正公式

实际上，在雷诺数低至30或40时，液膜即出现了波动，而使实际的值较理论值为高，由于此种现象非常普遍，麦克亚当斯(McAdams)建议在工程设计时，应将计算结果提高20%，即

(4-83)

当液膜呈现湍流流动此时可应用柯克柏瑞德(Kirkbride)的经验公式计算：

(4-84) 式中的定性温度仍取液膜的平均温度。

当Re值增加时，对滞流，α值减小；而对湍流，α值增大。这种影响如图片4-28所示。图中线AA和BB分别表示滞流下α*的理论值和实际值；县CC表示湍流下的实际值α*。

【图片4-28】Re值对冷凝传热系数的影响。

（3）水平管外膜状冷凝时的对流传热系数

对于蒸汽在单根水平管外的层流膜状冷凝，努赛尔特曾经获得下述关联式：

(4-85) 式中定性尺寸为管外径d o。

若水平管束在垂直列上的管数为n，则冷凝传热系数仍可凯恩（Kern）公式计算，但式中的d o需以nd o代替，即

对流传热系数的测定

01 对流传热系数的测定 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.掌握空气在普通和强化传热管内的对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热 的径。 2.把测得的数据整理成B Re n Nu=?形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。 3.了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。 二、实验内容和原理 在实际生产中，大量情况采用的是间壁式换热方式进行换热，就是冷、热流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，不直接接触，通过固体壁面进行热量交换。 本实验主要研究汽—气综合换热，包括普通管和强化管。其中，水蒸气和空气通过紫铜管间接换热，空气走紫铜管内，水蒸气走紫铜管外，采用逆流换热。所谓加强管，是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了空气流动的湍流程度，使换热效果更明显。 1. 空气在普通和强化传热管内对流传热系数的测定 间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。

T t Figure 1间壁式传热过程示意图 间壁式传热元件，在传热过程达到稳态后，有 ()()()()111222211122--α-α-Δp p W W m M m Q m c T T m c t t A T T A t t KA t =====（1） 式中：Q ——传热量，s J /； 1m 、2m ——分别为热流体、冷流体的质量流量，s kg /； 1p c 、2p c ——分别为定性温度下热流体、冷流体的比热，()C kg J °?/； 1T 、2T ——分别为热流体的进、出口温度，C °； 1t 、2t ——分别为冷流体的进、出口温度，C °； 1α、2α——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对流传热系数，()2/W m C ??； 1A 、2A ——分别为热流体、冷流体测的传热面积，2m ； ()W M T T -、()w m t t -——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对数平均温差，C °； K ——以传热面积A 为基准的总传热系数，( )C m W °?2/； A ——传热面积，2m ； m t Δ——冷、热流体的对数平均温差，C °。 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（2）计算： ()()()112211 22 ----ln -W W W m W W T T T T T T T T T T -= （2） 式中：1W T 、2W T ——分别为热流体进、出口处热流体侧的壁面温度，C ?。 冷流体与固体壁面的对数平均温差可由式（3）计算：

4-5_对流传热系数关联式

知识点4－5 对流传热系数关联式 【学习指导】 1．学习目的 通过本知识点的学习，了解影响对流传热系数的因素，掌握因次分析法，并能根据情况选择相应的对流传热系数关联式。理解流体有无相变化的对流传热系数相差较大的原因。 2．本知识点的重点 对流传热系数的影响因素及因次分析法。 3．本知识点的难点 因次分析法。 4．应完成的习题 4-11 在一逆流套管换热器中，冷、热流体进行热交换。两流体进、出口温度分别为t1=20℃、t2=85℃；T1=100℃、T2=70℃。当冷流体流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数不变，换热器热损失可忽略。 4-12 试用因次分析法推导壁面和流体间自然对流传热系数α的准数方程式。已知α为下 列变量的函数： 4-13 一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃。空气在换热器的管内湍流流动。压强为180kPa的饱和蒸汽在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20％，而空气的进出口温度不变，试问应采取什么措施才能完成任务，并作出定量计算。假设管壁和污垢热阻可忽略。 4-14 常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在列管换热器的管间沿轴向流动，离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm，管束由37根ф19×2的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。

4-15 温度为90℃的甲苯以1500kg/h的流量流过直径为ф57×3.5mm、弯曲半径为0.6m的蛇管换热器而被冷却至30℃，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。 4-16 流量为720kg/h的常压饱和蒸汽在直立的列管换热器的列管外冷凝。换热器的列管直径为ф25×2.5mm，长为2m。列管外壁面温度为94℃。试按冷凝要求估算列管的根数（假设列管内侧可满足要求）。换热器的热损失可以忽略。 4-17 实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和蒸汽冷凝。列管由直径为ф25×2.5mm的钢管组成。当水的流速为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数为2115W/(m2.℃)；若其它条件不变，而水的速度变为1.5m/s时，测得系数为2660 W/(m2.℃)。试求蒸汽冷凝的传热系数。假设污垢热阻可忽略。 对流传热速率方程虽然形式简单，实际是将对流传热的复杂性和计算上的困难转移到对流传热系数之中，因此对流传热系数的计算成为解决对流传热的关键。 求算对流传热系数的方法有两种：即理论方法和实验方法。前者是通过对各类对流传热现象进行理论分析，建立描述对流传热现象的方程组，然后用数学分析的方法求解。由于过程的复杂性，目前对一些较为简单的对流传热现象可以用数学方法求解。后者是结合实验建立关联式，对于工程上遇到的对流传热问题仍依赖于实验方法。 一、影响对流传热系数的因素 由对流传热的机理分析可知，对流传热系数决定于热边界层内的温度梯度。而温度梯度或热边界层的厚度与流体的物性、温度、流动状况以及壁面几何状况等诸多因素有关。 1．流体的种类和相变化的情况 液体、气体和蒸汽的对流传热系数都不相同，牛顿型流体和非牛顿型流体也有区别。本书只限于讨论牛顿型流体的对流传热系数。 流体有无相变化，对传热有不同的影响，后面将分别予以讨论。 2．流体的特性

管道总传热系数计算

1管道总传热系数 管道总传热系数是热油管道设计和运行管理中的重要参数。在热油管道稳态运行方案的工艺计算中，温降和压降的计算至关重要，而管道总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降的计算结果。1.1 利用管道周围埋设介质热物性计算K 值管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。当考虑结蜡 层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式： （1-1）1112ln 111ln 22i i n e n w i L L D D D KD D D D ααλλ-+???? ?????=+++????????∑式中：——总传热系数，W /(m 2·℃)；K ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于e D 无保温埋地管路可取沥青层外径）；——管道内直径，m ；n D ——管道最外层直径，m ；w D ——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)；1α ——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)；2α ——第层相应的导热系数，W/(m·℃)；i λi ，——管道第层的内外直径，m ，其中；i D 1i D +i 1,2,3...i n =——结蜡后的管内径，m 。L D 为计算总传热系数，需分别计算内部放热系数、自管壁至管道最外径K 1α的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数。 2α（1）内部放热系数的确定1α放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用与放热准数、自然1αu N 对流准数和流体物理性质准数间的数学关系式来表示[47]。r G r P 在层流状态（Re<2000），当时：500Pr

对流换热系数的确定.doc

对流换热系数的确定 核心提示：1.自然对流时的对流换热系数炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。2.强制对流时的对流换热系数(1)气流沿 1.自然对流时的对流换热系数 炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。 2.强制对流时的对流换热系数 (1)气流沿平面强制流动时气流沿平面流动时，烧结炉其对流换热系数可按表1-1的近似公式计算。 表1-1对流换热系数计算 vo=C4.65(m/s) x；o>4.65(m/s) 光滑表面a=5.58+4.25z'o a^V.Slvg78 轧制表面a-=5.81+4.25vo a=7.53vin. 粗糙表面o=6.16+4.49vo a=T.94vi78 气流沿长形工件强制流动时当加热长形工件时，循环空气对工件表面的对流换热系数可用下述近似公式计算 气流在通道内层流流动时气流呈层流流动时，对流换热系数主要决定于炉气的热导率，而与炉气的流速无关。 绝对黑体的概念 当物体受热后一部分热能转变为辐射能并以电磁波的形式向外放射，其波长从lfmi到若干m。各种不同波长的射线具有不同性质，可见光和红外线能被物体吸收转化为热能，称它们为热射线。各种物体由于原子结构和表面状态的不同，其辐射和吸收热射线的能力有明显差别。 当能量为Q的一束热射线投射到物体表面时，也和可见光一样，一部分能量Qa将被吸收，一部分能量Qr被反射，还有一部分能量Qu透射过物体(如图1-5)。按能量守恒定律则有

图1-5辐射能的吸收、反射和透过 如果A=l，则R=D=0，即辐射能全部被吸收，这种物体称绝对黑体，简称黑体。 如果R=l，则A=D=0，即辐射能全部被反射，这种物体称绝对白体，简称白体。如果D= 1，则A=K=0，即辐射能全部被透过，这种物体称绝对透过体，简称透过体。 自然界中，黑体、白体和透过体是不存在的，它们都是假定的理想物体。对于一种实 际物体来说数值，不仅取决于物体的特性，还与表面状态、温度以及投射射线的波长等有关。为研究方便，人们用人工方法制成黑体模型。在温度均匀、不透过热射线的空心壁上开一小孔，此小孔即具有绝对黑体性质:所有进入小孔的辐射能，在多次反射过程中几乎全部被内壁吸收。小孔面积与空腔内壁面积之比越小，小孔越接近黑体。当它们的面积比小于0.6%，空腔内壁的吸收率为0.8时，则小孔的吸收率A大于0.998，非常接近黑体。

对流传热系数的测定

对流传热系数的测定 北京理工大学化学学院董女青1120102745 一、实验目的 1、掌握对流传热系数的测定方法，测定空气在圆形直管内的强制对流传热系数, 验证准数关联式。 2、了解套管换热器的结构及操作，掌握强化传热的途径。 3、学习热电偶测量温度的方法。 二.实验原理 冷热流体在间壁两侧换热时，传热基本方程及热衡算方程为： Q = KAAtm = m^Cp (t入一t出) 换热器的总传热系数可表示为： 1 1 b 1 —------- 1 ---- 1 ---- K a ：入a 0 式中：Q—换热量，J/s K—总传热系数，J/(m' s) A—换热面积，m： At m-平均温度差，°C Cp—比热，J/ (kg ? K) nu—质量流量，kg/s b—换热器壁厚，m a i、a o—内、外流体对流传热系数，J/(m? ? s) 依据牛顿冷却定律，管外蒸汽冷凝，管内空气被加热，换热最亦可表示为： Q = a jAj(t w - t) = a 0A0 (T — T w) 式中:t w.凡一管内(冷侧)、管外(热侧)壁温， t、T-管内(冷侧)、管外(热侧)流体温度 测定空气流量、进出口温度、套管换热面积，并测定蒸汽侧套管壁温，由于管壁导热系数较大且管壁较薄，管内壁温与外壁温近似柑等，根据上述数据即可得到管内对流传热系数，由丁?换热器总传热系数近似等丁?关内对流传热系数，所以亦可得到套管换热器的总传热系数。 流体在圆形直管强制对流时满足下述准数关联式： Nu = O.O237?e°-8Pr0-33 式中：Nu-努塞尔特准数，Nu=^,无因次 Re—雷诺准数，Re = ^,无因次 P L普兰特准数，Pr =耳,无因次 测定不冋流速条件下的对流传热系数，在双对数坐标屮标绘加he关系得到一条直线，直线斜率应为0. &

12 固体小球对流传热系数的测定

固体小球对流传热系数的测定 A 实验目的 工程上经常遇到凭藉流体宏观运动将热量传给壁面或者由壁面将热量传给流体的过程，此过程通称为对流传热（或对流给热)。显然流体的物性以及流体的流动状态还有周围的环境都会影响对流传热。了解与测定各种环境下的对流传热系数具有重要的实际意义。 通过本实验可达到下列目的： (1) 测定不同环境与小钢球之间的对流传热系数，并对所得结果进行比较。 (2) 了解非定常态导热的特点以及毕奥准数（Bi ）的物理意义。 (3) 熟悉流化床和固定床的操作特点。 B 实验原理 自然界和工程上，热量传递的机理有传导、对流和辐射。传热时可能有几种机理同时存在，也可能以某种机理为主，不同的机理对应不同的传热方式或规律。 当物体中有温差存在时，热量将由高温处向低温处传递，物质的导热性主要是分子传递现象的表现。 通过对导热的研究，傅立叶提出： dy dT A Q q y y λ-== (1) 式中： dy dT - y 方向上的温度梯度[]m K / 上式称为傅立叶定律，表明导热通量与温度梯度成正比。负号表明，导热方向与温度梯度的方向相反。 金属的导热系数比非金属大得多，大致在50～415[]K m W ?/范围。纯金属的导热系数随温度升高而减小，合金却相反，但纯金属的导热系数通常高于由其所组成的合金。本实验中，小球材料的选取对实验结果有重要影响。 热对流是流体相对于固体表面作宏观运动时，引起的微团尺度上的热量传递过程。事实上，它必然伴随有流体微团间以及与固体壁面间的接触导热，因而是微观分子热传导和宏观微团热对流两者的综合过程。具有宏观尺度上的运动是热对流的实质。流动状态（层流和湍

管道总传热系数计算

1管道总传热系数 管道总传热系数就是热油管道设计与运行管理中得重要参数。在热油管道稳态运行方案得工艺计算中，温降与压降得计算至关重要，而管道总传热系数就是影响温降计算得关键因素，同时它也通过温降影响压降得计算结果。 1、1 利用管道周围埋设介质热物性计算K 值 管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递得热量，它表示油流至周围介质散热得强弱。当考虑结蜡层得热阻对管道散热得影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式： 1112ln 111ln 22i i n e n w i L L D D D KD D D D a a l l -+轾骣犏琪桫犏=+++犏犏犏臌? （1-1） 式中：K ——总传热系数，W /(m 2·℃)； e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径得平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）； n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ； 1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质得放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应得导热系数，W/(m·℃)； i D ，1i D +——管道第i 层得内外直径，m ，其中1,2,3...i n =； L D ——结蜡后得管内径，m 。 为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径得 导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境得放热系数2α。（1）内部放热系数1α得确定 放热强度决定于原油得物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 与流体物理性质准数r P 间得数学关系式来表示[47]。在层流状态（Re<2000），当Pr 500Gr

最新4-5 对流传热系数关联式汇总

4-5对流传热系数关 联式

知识点4－5 对流传热系数关联式 【学习指导】 1．学习目的 通过本知识点的学习，了解影响对流传热系数的因素，掌握因次分析法，并能根据情况选择相应的对流传热系数关联式。理解流体有无相变化的对流传热系数相差较大的原因。 2．本知识点的重点 对流传热系数的影响因素及因次分析法。 3．本知识点的难点 因次分析法。 4．应完成的习题 4-11 在一逆流套管换热器中，冷、热流体进行热交换。两流体进、出口温度分别为 t1=20℃、t2=85℃；T1=100℃、T2=70℃。当冷流体流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数不变，换热器热损失可忽略。 4-12 试用因次分析法推导壁面和流体间自然对流传热系数α的准数方程式。已知α为下列变量的函数： 4-13 一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃。空气在换热器的管内湍流流动。压强为180kPa的饱和蒸汽在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20％，而空气的进出口温度不变，试问应采取什么措施才能完成任务，并作出定量计算。假设管壁和污垢热阻可忽略。 4-14 常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在列管换热器的管间沿轴向流动，离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm，管束由37根ф19×2的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。

4-15 温度为90℃的甲苯以1500kg/h的流量流过直径为ф57×3.5mm、弯曲半径为0.6m 的蛇管换热器而被冷却至30℃，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。 4-16 流量为720kg/h的常压饱和蒸汽在直立的列管换热器的列管外冷凝。换热器的列管直径为ф25×2.5mm，长为2m。列管外壁面温度为94℃。试按冷凝要求估算列管的根数（假设列管内侧可满足要求）。换热器的热损失可以忽略。 4-17 实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和蒸汽冷凝。列管由直径为ф25×2.5mm的钢管组成。当水的流速为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数为2115W/(m2.℃)；若其它条件不变，而水的速度变为1.5m/s时，测得系数为2660 W/(m2.℃)。试求蒸汽冷凝的传热系数。假设污垢热阻可忽略。 对流传热速率方程虽然形式简单，实际是将对流传热的复杂性和计算上的困难转移到对流传热系数之中，因此对流传热系数的计算成为解决对流传热的关键。 求算对流传热系数的方法有两种：即理论方法和实验方法。前者是通过对各类对流传热现象进行理论分析，建立描述对流传热现象的方程组，然后用数学分析的方法求解。由于过程的复杂性，目前对一些较为简单的对流传热现象可以用数学方法求解。后者是结合实验建立关联式，对于工程上遇到的对流传热问题仍依赖于实验方法。 一、影响对流传热系数的因素 由对流传热的机理分析可知，对流传热系数决定于热边界层内的温度梯度。而温度梯度或热边界层的厚度与流体的物性、温度、流动状况以及壁面几何状况等诸多因素有关。 1．流体的种类和相变化的情况 液体、气体和蒸汽的对流传热系数都不相同，牛顿型流体和非牛顿型流体也有区别。本书只限于讨论牛顿型流体的对流传热系数。 流体有无相变化，对传热有不同的影响，后面将分别予以讨论。 2．流体的特性

(整理)换热器的传热系数K

介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是： 1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m2.℃ 饱和部分是按照公式K=2093+786V(V是管内流速）含污垢系数0.0003。 水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1是管内流速，V2水壳程流速）含污垢系数0.0003 实际运行还少有保守。有余量约10% 冷流体热流体总传热系数K，W/(m2.℃) 水水 850～1700 水气体 17～280 水有机溶剂 280～850 水轻油 340～910 水重油60～280 有机溶剂有机溶剂115～340 水水蒸气冷凝1420～4250 气体水蒸气冷凝30～300 水低沸点烃类冷凝 455～1140 水沸腾水蒸气冷凝2000～4250 轻油沸腾水蒸气冷凝455～1020 不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。K值通常在

800~2200W/m2·℃范围内。 列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2·℃。 螺旋板式换热器的总传热系数（水—水）通常在1000~2000W/m2·℃范围内。 板式换热器的总传热系数（水（汽）—水）通常在3000~5000W/m2·℃范围内。 1．流体流径的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。 (5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。 (7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)

对流给热系数

化工原理实验报告 实验名称：对流给热系数测定实验 学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工班 姓名： 学号： 同组者姓名： 指导教师： 日期：

一、 实验目的 1. 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型； 2. 测定空气在圆直管内强制对流给热系数i α； 3. 应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 4. 掌握热电阻测温的方法。 二、 实验原理 在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下关系式： VρC P (t 2－t 1)＝αi A i (t w －t)m （1-1） 式中：V ——被加热流体体积流量，m 3/s ； ρ——被加热流体密度，kg/m 3； C P ——被加热流体平均比热，J/(kg·℃)； αi ——流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m 2·℃)； t 1、t 2——被加热流体进、出口温度，℃； A i ——内管的外壁、内壁的传热面积，m 2； (T －T W )m ——水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃； 2 2112211ln )()()(w w w w m T T T T T T T T Tw T -----=- （1-2） (t w －t)m ——内壁与流体间的对数平均温度差，℃； 2211 2211ln )()()(t t t t t t t t t t w w w w m w -----=- （1-3） 式中：T 1、T 2——蒸汽进、出口温度，℃； T w1、T w2、t w1、t w2——外壁和内壁上进、出口温度，℃。 当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为T w1＝t w1，T w2＝t w2，即为所测得的该点的壁温。 由式（1-3）可得： （1-4） 若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A i ，以及水蒸气温度T ，壁温T w1、

传热系数计算方法Word版

第四章循环流化床锅炉炉内传热计算 循环流化床锅炉炉膛中的传热是一个复杂的过程，传热系数的计算精度直接影响了受热面设计时的布置数量，从而影响锅炉的实际出力、蒸汽参数和燃烧温度。正确计算燃烧室受热面传热系数是循环流化床锅炉设计的关键之一，也是区别于煤粉炉的重要方面。 随着循环流化床燃烧技术的日益成熟，有关循环流化床锅炉的炉膛传热计算思想和方法的研究也在迅速发展。许多著名的循环流化床制造公司和研究部门在此方面也做了大量的工作，有的已经形成商业化产品使用的设计导则。 但由于技术保密的原因，目前国内外还没有公开的可以用于工程使用的循环流化床锅炉炉膛传热计算方法，因此对它的研究具有重要的学术价值和实践意义。 清华大学对CFB锅炉炉膛传热作了深入的研究，长江动力公司、华中理工大学、浙江大学等单位也对CFB锅炉炉膛中的传热过程进行了有益的探索。根据已公开发表的文献报导，考虑工程上的方便和可行，本章根椐清华大学提出的方法，进一步分析整理，作为我们研究的基础。为了了解CFB锅炉传热计算发展过程，也参看了巴苏的传热理论和计算方法，浙江大学和华中理工大学的传热计算与巴苏的相近似。 4.1 清华的传热理论及计算方法 4.1.1 循环流化床传热分析 CFB锅炉与煤粉锅炉的显著不同是CFB锅炉中的物料(包括煤灰、脱硫添加剂等)浓度C p 大大高于煤粉炉，而且炉内各处的浓度也不一样，它对炉内传热起着重要作用。为此首先需要计算出炉膛出口处的物料浓度C p，此处浓度可由外循环倍率求出。而炉膛不同高度的物料浓度则由内循环流率决定，它沿炉膛高度是逐渐变化的，底部高、上部低。近壁区贴壁下降流的温度比中心区温度低的趋势，使边壁下降流减少了辐射换热系数；水平截面方向上的横向搅混形成良好的近壁区物料与中心区物料的质交换，同时近壁区与中心区的对流和辐射的热交换使截面方向的温度趋于一致，综合作用的结果近壁区物料向壁面的辐射加强，总辐射换热系数明显提高。在计算水冷壁、双面水冷壁、屏式过热器和屏式再热器时需采用不同的计算式。物料浓度C p对辐射传热和对流传热都有显著影响。燃烧室的平均温度是床对受热面换热系数的另一个重要影响因素。床温的升高增加了烟气辐射换热并提高烟气的导热系数。虽然粒径的减小会提高颗粒对受热面的对流换热系数，在循环流化床锅炉条件下，燃烧室内部的物料颗粒粒径变化较小，在较小范围内的粒径变化时换热系数的变化不大，在进行满负荷传热计算时可以忽略，但在低负荷传热计算时，应该考虑小的颗粒有提高传热系数的能力。 炉内受热面的结构尺寸，如鳍片的净宽度、厚度等，对平均换热系数的影响也是非常明显的。鳍片宽度对物料颗粒的团聚产生影响；另一方面，宽度与扩展受热面的利用系数有关。根

1-2-4对流传热系数关联式 1对流传热系数的影响因素

1-2-4 对流传热系数关联式 一、对流传热系数的影响因素 实验表明，影响对流传热系数的因素主要有： 1、流体的种类和相变化的情况 2、流体的特性： 1）流体的导热系数λ； 2）粘度μ 3）比热容ρc p 、密度ρ：ρc p 代表单位体积流体所具有的热容量。 4）体积膨胀系数β：t V V V ?-=1 12β 3、流体的流动状态 层流和湍流的传热机理有本质区别： 层流时，传热只是依靠分子扩散作用的热传导，故h 就较湍流时为小； 湍流时，湍流主体的传热为涡流作用的热对流，

但壁面附近层流内层中为热传导，涡流使得层流内层的厚度减薄，温度梯度增大，故h就增大。 湍流时的对流系数较大。 4、流体流动的原因 自然对流和强制对流的流动原因不同。 强制对流： 设ρ1和ρ2分别代表温度为t1和t2两点的密度，则流体因密度差而产生的升力为(ρ1-ρ2)g。若流体的体积膨胀系数为β，单位为1/℃，并以Δt代表温度差(t2-t1)，则可得 ρ1=ρ2(１＋βΔt） 于是每单位体积的流体所产生的升力为： （ρ1-ρ2）g=[ρ2（１＋βΔt）－ρ2]g= ρ2gβΔt 强制对流是由于外力的作用，如泵、搅拌器等迫使流体的流动。 强制对流的对流系数大得多。 5、传热面的形状、位置和大小

传热管、板、管束等不同的传热面的形状;管子的排列方式，水平或垂直放置；管径、管长或板的高度等，都影响h 值。 表示传热面的形状、位置和大小的尺寸称为特征尺寸，用l 表示 所以，h 可以用下式表示: h=f （μ，λ，c p ，ρ，u ，ρgβΔt ，l ） （1） 二、因次分析 对流体无相变化的对流传热进行因次分析，得到的准 数关系式为: c b p a tl g c u l K l )()()(22 3μρβλμμρλα?= （2） 式（2）中各准数名称、符号和意义列于下表中。 准数名称 符 号 准数式 意义

实验五对流传热系数

实验五对流传热系数的测定 一、实验目的 1．学会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．了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。 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。 三、基本原理 1．准数关联式 对流传热系数是研究传热过程及换热器性能的一个很重要的参数。在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换，由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。 由传热速率方程式知，单位时间、单位传热面所传递的热量为 q=K(T-t) （5—1）而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示 q=αh·(T-T w1) （5—2）或q=αc·(t w2-t) （5—3）式中q———传热量，W/m2； α———给热系数，W/m2· T———热流体温度，℃； t———冷流体温度，℃； T w1、t w2———热、冷流体侧的壁温，℃； 下标：c——冷侧h——热侧。 由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各影响因素与对流传热系数的定量关系。为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方程。在此基础上组织实验，并经过数据处理得到相应的关系式，如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系的变化规律可用如下准数关联式表示 N u=CR e m P r n(5—4) N d u = α λ (5—5)

自然对流与强制对流及计算实例

自然对流与强制对流及计算实例 热设计是电子设备开发中必不可少的环节。本连载从热设计的基础——传热着手，介绍基本的热设计方法。前面介绍的热传导具有消除个体内温差的效果。上篇绍的热对流，则具有降低平均温度的效果。 下面就通过具体的计算来分别说明自然对流与强制对流的情况。 首先，自然对流的传热系数可以表述为公式（2）。 热流量=自然对流传热系数×物体表面积×（表面温度-流体温度） (2) 很多文献中都记载了计算传热系数的公式，可以把流体的特性值带入公式中进行计算，可以适用于所有流体。但每次计算的时候，都必须代入五个特性值。因此，公式（3）事先代入了空气的特性值，简化了公式。 自然对流传热系数 h=2 .51C（⊿T/L）0.25（W/m2K） (3) 2.51是代入空气的特性值后求得的系数。如果是向水中散热，2.51需要换成水的特性值。 公式（3）出现了C、L、⊿T三个参数。C和L从表1中选择。例如，发热板竖立和横躺时，周围空气的流动各不相同。对流传热系数也会随之改变，系数C 就负责吸收这一差异。 代表长度L与C是成对定义的。计算代表长度的公式因物体形状而异，因此，在计算的时候，需要从表1中选择相似的形状。 需要注意的是，表示大小的L位于分母。这就表示物体越小，对流传热系数越大。 ⊿T是指公式（2）中的（表面温度-流体温度）。温差变大后，传热系数也会变大。物体与空气之间的温差越大，紧邻物体那部分空气的升温越大。因此，风速加快后，传热系数也会变大。 公式（3）叫做“半理论半实验公式”。第二篇中介绍的热传导公式能够通过求解微分方程的方式求出，但自然对流与气流有关，没有完全适用的理论公式。能建立理论公式的，只有产生的气流较简单的平板垂直放置的情况。因为在这种情况下，理论上的温度边界线的厚度可以计算出来。 但是，如果发热板水平放置，气流就会变得复杂，计算的难度也会增加。这种情况下，就要根据原始的理论公式，通过实验求出系数。也就是说，在公式（3）中，理论计算得出的数值0.25可以直接套用，C的值则要通过实验求出。