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。

自然对流传热系数无法大幅改变

图4：自然对流传热系数无法大幅改变

物体沿流动方向的尺寸越小，单位面积的散热量越大。自然对流的传热系数随斜率和面的曲率变化，但变化的幅度不大。而强制空冷可以通过提高风速和湍流化，大幅改变传热系数。

形状和配置对于自然对流的传热系数会产生多大的影响（图4）？举例来说，平面的传热系数h等于

2.51×0.56×（（Ts-Ta）/H）0.25，

而圆筒面的传热系数h等于

2.51×0.55×（（Ts-T

平面为0.56，圆筒面为0.55，差别只有2％左右，由此可见，平面与圆筒面的传热系数差别不大。

这就意味着当发热板倾斜时，下表面的传热能力会越来越差，而上表面的传热能力基本不变。发生倾斜后，下表面只受到沿倾斜面的向量成分的浮力。也就是说，下表面的浮力变弱。

假设垂直时的传热系数为hv，倾斜时的传热系数为hθ，物体沿垂直方向倾斜角度θ，此时，下表面的传热系数大致为：

hθ=hv.（cosθ）0.25 (4)

（θ在0～60度左右的范围内时公式成立）

如果倾斜45度，传热系数将缩小8％左右。由此可知，即使倾斜发热板，传热系数也没有太大变化。但一旦接近水平，传热系数就会急剧降低。

通过上面的介绍，大家应该已经明白，提高自然对流传热系数其实难度颇大。但物体越小，对流传热系数越大。比方说，我们可以采用把散热器翅片分割成几个部分的方法。在翅片截断的地方，热边界层将重置，起到阻止边界层变厚的作用，借此可以提高对流传热系数。但这样做会减少翅片的表面积，总的散热能力依然变化不大。

强制对流传热系数的简易计算公式

接下来看看强制对流的传热系数。安装风扇的强制对流的公式如下。

热流量=强制对流传热系数×物体表面积×（表面温度-流体温度） (5)

强制对流传热系数的计算也有很多种公式（图5）。

图5：强制对流热传导的简易计算公式

强制对流时，计算热流量使用与强制对流对应的传热系数。根据流体的流动是在层流区域还是在湍流区域，计算使用的传热系数均不同。

强制对流时，一旦提高风速，状态也会在途中随之改变。比方说，即便是在没有风的房间里，香烟的烟雾也是一开始径直向上，在途中四处飘散。径直向上的地方是层流，飘散的地方是湍流。

在层流区，香烟烟雾中颗粒物是单向流动。而在湍流区，颗粒物会到处乱飞，随着时间的推移，烟雾的形状将发生改变。湍流是非定常流，流向会随时间改变。印刷电路板周边的空气也一样，最初为层流，中途转变为湍流。

从散热的角度来看，湍流更有利于散热。因为在湍流中，热空气与冷空气将相互混合，冷空气会得到靠近壁面的机会，更加容易传热。也就是说，湍流化能够降低温度。尤其是对于低流速和水冷式，湍流化十分有效。但湍流化也会导致流体阻力增大，这回增加风扇和水泵的负荷。

强制形成湍流化的起始点时，可以采用在流体的通道中设置突起物（湍流促进器）的方式。在强制空冷的散热器中，可以看到这种设置突起的例子（注4）。

（注4）自然对流也存在湍流，但在电子产品的热设计中，可以认为基本不存在自然湍流化。但温度达到500～600℃的高温后，因为浮力增强，所以也会出现湍流化。

遏制流动的力与促进流动的力，二者的平衡决定着湍流的起始点。遏制流动的力是粘性力，在壁面附近的作用较强，而促进流动的力则是惯性力或浮力。

粘性力强，则流动受到遏制。因为气流之间会相互约束。例如，在细缝和靠近壁面的地方，粘性力较强。

同样，翅片与翅片之间的距离越窄，粘性力越强，也就很难发生湍流化。而惯性力由速度产生，只要提高速度，惯性力就会随之增大。

仍以香烟的烟雾为例，在烟雾开始流动时，热源上部的空气缓慢上升，发生流动的区域也十分狭窄。但随着流动的进行，周围的静止流体也被带动，流动的区域不断扩大。因此，粘性力会降低。而在浮力的加速作用下，空气的流速不断加快。因而产生了湍流化。

根据层流和湍流的不同，强制对流的传热系数公式存在相当大的差别。首先是层流的公式。

层流平均传热系数 h m=3.86√（V/L） (6)

其中加入了空气的特性值，3.86与自然对流公式（3）中的2.51含义相同。

湍流相关公式是实验性公式，系数和指数都有变化。

湍流平均传热系数hm=6×（V/L0.25）0.8 (7)

要想简单进行判断的话，不妨把两个系数都计算出来，选择传热系数大的一方。

下面，让我们使用上面介绍的知识，定量研究对流的散热能力。

【练习1】平板的放置方式与散热能力

假设有一块长200mm、宽100mm（忽略厚度），温度保持在40℃的平板（图6），平板的温度均匀，而且没有热辐射，下列放置方式的散热能力有多大差别？

图6：【练习1】平板的放置方式与散热能力

思考纵长200mm×横宽100mm（无视厚度）的平板的升温保持在40K（℃）时，图中3种模式的散热能力。假设平板的温度均匀，且没有热辐射。

（a）垂直放置（以100mm的短边为高）

（b）垂直放置（以200mm的长边为高）

（c）水平放置

需要求的数值是热流量，相当于散热量，这就必须首先求出传热系数，需要使用公式（3）。

（a）和（b）是垂直放置，C值使用平板垂直放置时的数值。因为升温固定在40K （℃），所以⊿T为40（注5）。至此，所有数值已经齐备，可以计算出传热系数。

（注5）温度必须要多次计算，比较麻烦。如果不知道温度，就求不出传热系数，因此，最初先假设温度为30℃，计算出h。把结果代入公式进行计算，得到的温度一般不等于30℃，此时要使用得出的数值重新计算。经过反复计算，逐渐逼近正确数值。

（a）以100mm的短边为高的垂直平板

传热系数 h

=2.51×0.56×（40/0.1）0.25

=6.29W/m2K

表面积S=0.1×0.2×2=0.04m2

散热量W=0.04×6.29×40=10.1W

（b）以200mm的长边为高的垂直平板

传热系数 h=

2.51×0.56×（40/0.2）0.25

=5.29W/m2K

表面积S=0.1×0.2×2=0.04m2

散热量W=0.04×5.29×40=8.5W

由上述计算可知，（b）的散热量比（a）低15％左右。

但计算的条件是平板的温度完全均匀，也就是导热系数无限大，如果是印刷电路板，散热量上的差别还会更大。倘若导热能力差，平板上侧与下侧之间将会出现温差。纵向放置的话，上侧与下侧的温差会更大，最高温度将出现相当大的差别。

水平放置时，平板上侧与下侧的传热系数不同，计算比较复杂。上侧的C值为0.52，下侧为0.26，刚好是上侧的一半。因此，下侧的散热量也是上侧的一半。这种情况需要分别计算上侧和下侧的散热量，然后相加。

（c）水平放置平板

代表长度 L=（0.1×0.2×2）/（0.1＋0.2）=0.133m

上表面对流传热系数 h

=2.51×0.52×（40/0.133）0.25

=5.43 W/m2K

上表面表面积S=0.1×0.2=0.02m2

上表面散热量W=0.02×5.43×40=4.34W

下表面对流传热系数 h

=2.51×0.26×（40/0.133）0.25

=2.72 W/m2K

下表面表面积S=0.1×0.2=0.02m2

下表面散热量W=0.02×2.72×40=2.17W

总散热量 W=4.34＋2.17=6.51W

这采用的是热计算中经常使用的计算每个面的发热量，然后相加的方法。

【练习2】大空间发生热对流，小空间发生热传导

接下来看一下在200mm×200mm×20mm的平整机壳中安装180mm×180mm×1mm的电路板（发热功率5W）的情况（图7）。

图7：【练习2】空间大为热对流，空间小为热传导

思考在尺寸为200mm×200mm×20mm的机壳内安装180mm×180mm×1mm的印刷电路板（发热功率为5W）时，图中3种情况下的散热能力。假设没有热辐射。

大家可以将其看成是加热器。关于电路板的安装位置，下面哪种是正确的？另外，这里假设热辐射可以忽略。

（a）电路板设置在上部（距离机壳顶面1mm）时温度最低

（b）电路板设置在中部（距离机壳顶面7.5mm）时温度最低

（c）电路板设置在下部（距离机壳顶面15mm）时温度最低

这个题目中有一点要注意，那就是空间狭窄、空气无法流动时，发生的是热传导，空间够大时发生的是热对流。划分的界限值随状态和发热量而变，大致为几毫米。如果小于该界限值，空气将无法流动，大于该界限值空气就可以流动。定性地来说，只要距离足够，空气就能循环，从而带走热能，使部件释放的热传到机壳顶面并发散出去，由此起到降温的作用。

上面提到，当距离很小时发生的是热传导。热传导的热阻等于空气层的厚度/（传热面积×空气的导热系数），因此（a）的情况下，

热阻（1mm）=0.001/（0.18×0.18×0.03）=1.03K/W；

（b）的情况下，

热阻（7.5㎜）=0.0075/（0.18×0.18×0.03）=7.7K/W，

比（a）的热阻大很多。

而在（c）的情况下，距离达到15mm，可以认为能充分产生对流。此时，对流的热阻增加到两个（电路板表面→空气，空气→机壳顶面）。按照传热系数为

10W/m2K计算，

电路板到空气的对流热阻

=1/（电路板表面积×自然对流传热系数（水平））

空气到机壳的对流热阻

=1/（机壳表面积×自然对流传热系数（水平））

热阻（15mm）

=1/（0.18×0.18×10）＋1/（0.2×0.2×10）

=5.6K/W

由此可知，（a）的情况下热阻最小、温度最低。估计（b）的温度最高，原因是基本没有发生流动。

传热系数单靠手工计算很难得到准确结果，因此，笔者试着利用热流体解析模拟进行精密计算，得到了这三种情况下电路板的温度。结果为，当环境温度为35℃时，

（a）距离1mm时，电路板温度为56℃

（b）距离7.5mm时，电路板温度为72.5℃

（c）距离15mm时，电路板温度为59.6℃

这就意味着必须要避免温度最高的（b）的情况。5～7mm左右的距离难以产生对流，进行热传导时存在空气层过厚的问题，很难散热，是最好要避开的距离。安装部件的时候很容易产生这么大的缝隙，在这种情况下，不妨直接让电路板与机壳接触，通过热传导散热。

自然对流关键设置

自然对流关键设置 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

fluent自然对流模拟关键点 关于fluent做自然对流的数值模拟，与强制对流的模拟有很大的不同，关键点是自然对流的驱动力是由于温差引起的密度差，进而在重力的作用下，引起流体产生运动。这跟强制对流需要由外界提供动力是完全不同的，所以其设置也是不同的，现把我的一些经验和大家分享。 1，湍流模型的选择 对于自然对流，湍流模型的选择也是不同的，其主要是要强调壁温的影响和浮升力的影响。具体设置如下: 选择了k-e模型，然后是选择了enhanced wall treatment和full buoyancy effects选项，也就是强调壁温作用和浮升力的作用。 2，能量方程和重力项都要打开。 3，材料的设置 （1）密度采用Boussinesq假设，然后需要设置流体的密度为一个定值，还要设置流体的热膨胀系数。关于流体的热膨胀系数需要查资料了。如下 （2）选用不可压缩理想流体假设 就是流体按不可压缩理想流体对待，其含义是，流体的密度是变化的，其变化是由温度变化引起的，而不是由压力变化引起的，如下所示，流体密度项选择incompressible ideal gas选项。 （3）对上述两种选择的解释

首先，Boussinesq假设比incompressible ideal gas假设，更易收敛。一般情况下选择这个假设即可。 其次，对于Boussinesq假设有其适用范围，因为其假设流体密度是个定值，所以其主要用于流体密度变化小于20%的情况，也就是两壁面温差较小的情况，那么温差值有没有一个经验数据呢有的，一般如果壁温与流体温度相差在200K以上，Boussinesq假设就不适用了。 第三，incompressible ideal gas假设，其把流体密度看做随温度的变化而变化，所以其适用范围较广，对于Boussinesq假设不能适用的，就用这个假设。 4，solution method设置 对于求解方法的设置，主要是对压力离散方法的选择，要选择PRESTO!或body force weighted选项。如下所示 以上就是自然对流的关键设置，按照上述设置来进行模拟，完全可以得出浮升力的漩涡流，完毕！

管强制对流传热计算

管强制对流传热计算公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

管内强制对流传热 对于流体在圆形直管内作强制对流传热时，研究表明，Nu数与Pr数和Re数之间存在如图4-18所示的关系。由图可见，管内强制对流存在三个不同的区域：当Re<2300 时，流体的流动为层流状态，当 Re>10000时，流体的流动为旺盛湍流状态，一般认为2300

自然对流关键设置

fluent自然对流模拟关键点关于fluent做自然对流的数值模拟，与强制对流的模拟有很大的不同，关键点是自然对流的驱动力是由于温差引起的密度差，进而在重力的作用下，引起流体产生运动。这跟强制对流需要由外界提供动力是完全不同的，所以其设置也是不同的，现把我的一些经验和大家分享。 1，湍流模型的选择 对于自然对流，湍流模型的选择也是不同的，其主要是要强调壁温的影响和浮升力的影响。具体设置如下: 选择了k-e模型，然后是选择了enhanced wall treatment和full buoyancy effects选项，也就是强调壁温作用和浮升力的作用。 2，能量方程和重力项都要打开。

3，材料的设置 （1）密度采用Boussinesq假设，然后需要设置流体的密度为一个定值，还要设置流体的热膨胀系数。关于流体的热膨胀系数需要查资料了。如下

（2）选用不可压缩理想流体假设 就是流体按不可压缩理想流体对待，其含义是，流体的密度是变化的，其变化是由温度变化引起的，而不是由压力变化引起的，如下所示，流体密度项选择incompressible ideal gas选项。

（3）对上述两种选择的解释 首先，Boussinesq假设比incompressible ideal gas假设，更易收敛。一般情况下选择这个假设即可。 其次，对于Boussinesq假设有其适用范围，因为其假设流体密度是个定值，所以其主要用于流体密度变化小于20%的情况，也就是两壁面温差较小的情况，那么温差值有没有一个经验数据呢？有的，一般如果壁温与流体温度相差在200K以上，Boussinesq假设就不适用了。第三，incompressible ideal gas假设，其把流体密度看做随温度的变化而变化，所以其适用范围较广，对于Boussinesq假设不能适用的，就用这个假设。 4，solution method设置 对于求解方法的设置，主要是对压力离散方法的选择，要选择PRESTO!或body force weighted 选项。如下所示 以上就是自然对流的关键设置，按照上述设置来进行模拟，完全可以得出浮升力的漩涡流，完毕！

自然对流换热试验

自然对流换热实验报告 一、实验目的 （1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。 （2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。 （3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出 Pr Gr 的范围。 二、实验原理 对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。即 r h c Φ-Φ=Φ （W ） 式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；??? ???????? ??-??? ??=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以 ? ?????????? ??-??? ??---=4 f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UI h ε[]）（K /W ?m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，） （420K m /W 67.5?=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2?m 。 当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。 根据相似理论，自然对流换热的准则为 Pr),(Gr f Nr = 在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即 n Gr c Nr Pr)(= 式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。为

对流换热计算式

关系式 返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。 一、掠过平板的强迫对流换热 应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。 沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总 注意：定性温度为边界层的平均温度，即。 二、管内强迫对流换热 (1) 流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。 (2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温

度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。 (3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。 (4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。 常热流 层流，充分发展段， 常壁温 层流，充分发展段， 充 - 充分发展段，气体， - 充分发展段，液体， ； 紊流，充分发展段，

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X物体表面积X（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。

圆管自然对流计算和模拟

水平管和竖直管自然对流计算汇总 1.计算工况表 温度工况 计算结果 100℃150℃200℃250℃300℃ 传热系数h () 2 W m K ?水平管7.958 9.115 10.045 10.803 11.527 竖直管 4.715 5.369 5.899 6.335 6.754 换热量φ W 水平管75.962 141.388 215.734 296.472 385.128 竖直管45.008 83.390 126.703 173.860 225.649 最大速度 max u m/s 水平管0.476 0.537 0.585 0.697 0.736 竖直管0.840 1.050 1.180 1.290 1.390 2.变化曲线图

圆管自然对流的计算和数值模拟 已知条件如图1所示：将一圆管分别水平放置和垂直放置在大空间中进行自 然对流换热，圆管外径38 D mm =，长度1000 L mm =，空气温度20 T C ∞ =，恒壁 温条件100,150,200,250,300 w T C =，求解自然对流换热系数和换热量以及对流换 热时的空气最大速度。 图1 一、数值计算 1.自然对流换热系数和换热量的计算 1)圆管水平放置计算 以壁温100 w T=℃为例，计算过程如下： 特征长度：0.038 D m =； 定性温度()() 21002060 m w t t t C ∞ =+=+=； 查空气物性：() 0.029W m K λ=?；-62 =20.110m ν?；Pr0.696 = 空气的体积膨胀系数：()()1 12731602731 v m t K α- =+=+= 格拉晓夫数Gr： 大空间自然对流的实验关联式为： ()Pr n Nu C Gr =（1-1）根据计算的格拉晓夫数Gr选择合适的常数C和n（表1）： 表1 式（1-1）中的常数C和n 加热表面形流动情况示流态系数C和指数n Gr数适用范围 ()() 33 5 262 9.81/333100200.038 = 3.210 20.110 v w g t t D Gr α ν ∞ - -??-? ==? ? （）

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。

对流换热与准则数

单相流体对流换热及准则关联式部分 返回一、基本概念 主要包括对流换热影响因素；边界层理论及分析；理论分析法（对流换热微分方程组、边界层微分方程组）；动量与热量的类比；相似理论；外掠平板强制对流换热基本特点。 1、由对流换热微分方程知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。试判断这种说法的正确性? 答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。 2、在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大?为什么?有人说对一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗? 答：在温度边界层中，贴壁处流体温度梯度的绝对值最大，因为壁面与流体间的热量交换都要通过贴壁处不动的薄流体层，因而这里换热最剧烈。由对流换热微分方程，对一定表面传热温差的同种流体λ与△t均保持为常数，因而可用绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小。3、简述边界层理论的基本论点。 答：边界层厚度δ、δt与壁的尺寸l相比是极小值； 边界层内壁面速度梯度及温度梯度最大； 边界层流动状态分为层流与紊流,而紊流边界层内,紧贴壁面处仍将是层流,称为层流底层； 流场可以划分为两个区：边界层区（粘滞力起作用）和主流区，温度同样场可以划分为两个区：边界层区（存在温差）和主流区（等温区域）； 对流换热热阻主要集中在热边界层区域的导热热阻。层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。紊流边界层的热阻为层流底层的导热热阻。 4、试引用边界层概念来分析并说明流体的导热系数、粘度对对流换热过程的影响。

实验四---强制对流下传热膜系数的测定Word版

实验四强制对流下传热膜系数的测定 一、实验目的 1．掌握圆形光滑直管（或波纹管）外蒸汽、管内空气在强制对流条件下的对流传热膜系数的测定； 2．根据实验数据整理成特征数关联式。 二、实验原理 1.特征数关联 影响对流传热的因素很多，根据量纲分析得到的对流传热的特征数关联式的一般形式为： （4-1）式中C、m、n、l为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定范围的参数、本实验是测定空气在圆管内做强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对对流传热系数的影响，则G r为常数。在温度变化不太大的情况下，空气的P r可视为常数、所以，准数关联式（4-1）可写成 （4-2） 或 待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，根据原理计算、分析求得。 2.传热量计算 努赛尔数N u和雷诺数R e都无法直接用试验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排除管外，传递的热量由下式计算。 （4-3）根据传热速率方程： （4-4）所以 （4-5）式中：Q——换热器的热负荷（或传热速率），kJ/s； q m——冷流体（空气）的质量流量，kg/s； t1——空气的进口温度，℃； t2——空气的出口温度，℃； q V1——冷流体（空气）的体积流量，m3/s；

ρ1——冷流体（空气）的密度， kg/m 3； K ——换热器总传热系数， W/(m 2. ℃)； c pc ——冷流体（空气）的平均定压比热容， kJ/(kg.K)； A ——传热面积， m 2； Δt m ——蒸汽与空气的对数平均温度差，℃。 T ——蒸汽温度，K 。 空气的体积流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得，由式（4-5）即可算出传热系数K 。 3.对流传热系数的计算 当传热面为平壁，或者当管壁很薄时，总传热系数和与各对流传热系数的关系可表示为： （4 -6） 式中： α1——管内壁对空气的对流传热系数，W/(m 2 . ℃)； α2——蒸汽冷凝时对管外壁的对流传热系数，W/(m 2 . ℃)； 当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管，黄铜导热系数λ比较大，而且壁厚b 较小）时： （4-7） 由于蒸汽冷凝时的对流传热系数远大于管内壁对空气的对流传热系数，即α 2 ﹥﹥α1，所以K ≈α1。因此，只要在实验中测得冷、热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热量衡算求出套管换热器的总传热系数K 值，由此求得管内壁对空气的对流传热系数α1。 4.努塞尔数和雷诺数的计算 （4 -8） （4-9） 式中：λ——空气导热系数；W/(m. ℃)；

对流换热公式汇总与分析..

对流换热公式汇总与分析 【摘要】流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热，它已不是基本传热方式。本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。 【关键词】对流换热 类型 公式 适用范围 对流换热的基本计算形式——牛顿冷却公式： )(f w t t h q -= )/(2m W 或2Am 上热流量 )(f w t t h -=Φ )(W 上式中表面传热系数h 最为关键，表面传热系数是众多因素的函数，即 ),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ= 综上所述，由于影响对流换热的因素很多，因此对流换热的分析与计算将分类进行，本文所涉及的典型换热类型如表1所示。 表1典型换热类型 1. 受迫对流换热 1.1 内部流动 对流换热 无相变换热 受迫对流换热 内部流动换热 圆管内受迫流动 非圆形管内受迫流动 外部流动 外掠平板 外掠单管 外掠管束（光管；翅片管） 自然对流换热 无限空间 竖壁；竖管 横管 水平壁（上表面与下表面） 有限空间 夹层空间 混合对流换热 — — — — 受迫对流与自然对流并存 相变换热 凝结换热 垂直壁凝结换热 水平单圆管及管束外凝结换热 管内凝结换热 沸腾换热 大空间沸腾换热 管内沸腾换热（横管、竖管等）

1.1.1 圆管内受迫对流换热 (1)层流换热公式 西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为 14 .03/13/13/1)()(Pr Re 86.1w f f f f l d Nu μμ= 或写成 14 .03/1)()(86.1w f f f l d Pe Nu μμ= 式中引用了几何参数准则 l d ，以考虑进口段的影响。 适用范围：16700Pr 48.0<<，75.9)(0044.0<

管内强制对流传热膜系数的测定

装 订 线 实验报告 课程名称： 过程工程原理实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 管内强制对流传热膜系数的测定 实验类型：________________同组学生姓名：__________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 1、了解套管式换热器的结构和传热热阻的组成。 2、学习测定流体间壁换热总传热系数的实验方法。 3、掌握近似法和简易Wilson 图解法两种从传热系数实验数据求取对流传热膜系数的数据处理方法。 4、掌握根据实验数据获得传热准数经验公式的方法和数学工具。 5、掌握热电偶、UJ-36电位差计的长图式自动记录仪的使用方法。 二、实验内容 1、在空气-水套管换热器中，测定一系列空气流量条件下冷、热流体进、出口温度。 2、通过能量衡算方程式和传热速率基本方程式计算总传热系数K i 的实验值。 3、分别用近似法、简易Wilson 图解法求取空气侧对流传热膜系数αi 。 4、根据实验获得的对流传热膜系数αi 和空气流速u i ，整理得到努赛尔数Nu 与雷诺数Re 之间的幂函数型经验公式。 5、把实验获得的经验公式与化工原理教材和参考书中的列出的同类公式进行比较，讨论其异同点。 6、根据实验装置情况分析实验测试数据的误差来源。 三、实验原理 流体与固体壁面间的对流传热过程可以用牛顿冷却定律描述： ()w Q A t A T t αα=?=? （1） 式中 Q ——总传热速率，W ； α——对流传热膜系数，W/ m 2?K ；A——传热面积，m 2 ； T ——流体温度，K ；

自然对流关键设置

fluent自然对流模拟关键点 关于fluent做自然对流的数值模拟，与强制对流的模拟有很大的不同，关键点是自然对流的驱动力是由于温差引起的密度差，进而在重力的作用下，引起流体产生运动。这跟强制对流需要由外界提供动力是完全不同的，所以其设置也是不同的，现把我的一些经验和大家分享。 1，湍流模型的选择 对于自然对流，湍流模型的选择也是不同的，其主要是要强调壁温的影响和浮升力的影响。具体设置如下: 选择了k-e模型，然后是选择了enhanced wall treatment和full buoyancy effects选项，也就是强调壁温作用和浮升力的作用。 2，能量方程和重力项都要打开。 3，材料的设置 （1）密度采用Boussinesq假设，然后需要设置流体的密度为一个定值，还要设置流体的热膨胀系数。关于流体的热膨胀系数需要查资料了。如下 （2）选用不可压缩理想流体假设 就是流体按不可压缩理想流体对待，其含义是，流体的密度是变化的，其变化是由温度变化引起的，而不是由压力变化引起的，如下所示，流体密度项选择incompressible ideal gas选项。 （3）对上述两种选择的解释

首先，Boussinesq假设比incompressible ideal gas假设，更易收敛。一般情况下选择这个假设即可。 其次，对于Boussinesq假设有其适用范围，因为其假设流体密度是个定值，所以其主要用于流体密度变化小于20%的情况，也就是两壁面温差较小的情况，那么温差值有没有一个经验数据呢？有的，一般如果壁温与流体温度相差在200K以上，Boussinesq假设就不适用了。 第三，incompressible ideal gas假设，其把流体密度看做随温度的变化而变化，所以其适用范围较广，对于Boussinesq假设不能适用的，就用这个假设。 4，solution method设置 对于求解方法的设置，主要是对压力离散方法的选择，要选择PRESTO!或body force weighted选项。如下所示 以上就是自然对流的关键设置，按照上述设置来进行模拟，完全可以得出浮升力的漩涡流，完毕！

管内强制对流体传热膜系数的测定

取点对数分割： ΔX=(Xmax/Xmin)1/(n-1) = (80/25)1/ (5-1) X i+1=X i×ΔX X1=25 X2=33.4 X3=44.7 X4=59.8 X5=80 V1(mv) V2(mv) V W1(mv) V W2 (mv) V0(mv) V(mv) 压强 （MPa） T1(℃) T2(℃) t w1 t w2 T0ρ0W 3.75 2.3 1.15 0.95 1.55 4 0 87.33 55.09 28.03 23.13 37.52 1.138 0.0168 3.65 2.2 1.1 0.95 1.75 3 0 85.18 52.78 26.81 23.13 42.27 1.121 0.0139 3.55 2.15 1.1 0.95 1.85 2.2 0.003 83.02 51.63 26.81 23.13 4 4.62 1.112 0.0111 3.5 2.05 1.05 0.95 1.95 1.6 0.004 81.93 49.30 2 5.59 23.13 4 6.97 1.104 0.0085 3.45 1.95 1.05 0.95 2.15 1.3 0.005 80.85 46.97 25.59 23.13 51.63 1.088 0.0069 下面举例计算均以第一组为例子： T1=-0.5436×3.752+25.522×3.75-0.7334=87.33 T2=-0.5436×2.32+25.522×2.3-0.7334=87.18 t w1=-0.9247×1.152+26.434×1.15-1.1502=28.03 t w2=-0.9247×0.952+25.522×0.95-1.1502=23.13 T0=-0.5436×1.552+25.522×1.55-0.7334=37.52 W=C√[ρ0(a×V-b)] [㎏/s] 已知C——孔板流量计的校正系数，这里的C=2.303×10-3 a=14.202 b=10.262 ρ0为孔板处的空气密度;[㎏/m3] ρ0=PM/RT0=101.33×103×29×10-3/[8.314×(37.52+273.15) ]=9.420 故W=2.303×10-3[1.138 (14.202×4-10.262)]^1/2=0.048 空气的质量流量W [㎏/s]比热容 C p J/(kg.C) T1(K) T2(K)Q Δt1Δt2Δt mα1 空气的 导热系 数λ w/(m. ℃) 换热 管内 径 d[m] Nu Re 0.0168 1009360.48328.24546.5159.331.9644.23195.040.02966 0.029 92.9336274.29 0.0139 1009358.33325.93454.4158.3729.6542.40282.440.02966 0.029 80.6030012.66 0.0111 1009356.17324.78351.5656.2128.540.79866.290.02966 0.029 64.8123966.94 0.0085 1009355.08322.45279.8556.3426.1739.34754.710.02966 0.029 53.4918353.06 0.0069 1009354320.12235.8855.2623.8437.37448.550.02966 0.029 47.4714898.37 Q= W.C p. (T1- T2) [W] 所以：Q=0.0168×1009(360.48-328.24)= 546.51 因为根据牛顿冷却定律：Q=α 1.A1.Δt m 即：α1= Q /A1.Δt m Δt m=(Δt1-Δt2)/㏑(Δt1/Δt2) ;Δt1= T1-t w1=87.33-28.03=59.3 ; Δt2=55.09-23.13=31.96 Δt m=(59.3-31.96)/㏑(59.3/31.96)= 44.231 A1=π×d×L=(33-2×2) ×10-3×1.43=0.130㎡ α1= 546.51 /(0.130.*44.231)= 95.04

对流换热系数

对流换热系数 流体与固体表面之间的换热能力，即物体表面与附近空气温差1℃、单位时间单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。单位为W/(m^2·℃)。表面对流换热系数的数值与换热过程中空气的物理性质、换热表面的形状、部位、表面与流体之间的温差以及空气的流速等都有密切关系。表面附近的气流速度愈大，其表面对流换热系数也愈大。如人处在风速较大的环境中，由于皮肤表面的对流换热系数较大，其散热（或吸热）量也较大。对流换热系数可用经验公式计算，通常用巴兹公式计算。 对流传热系数也称对流换热系数。对流换热系数的基本计算公式由牛顿于1701年提出，又称牛顿冷却定律。牛顿指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比，即： q = h*(tw-t∞) Q = h*A*(tw-t∞) 式中： q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量，称作热流密度，单位W/m^2； tw、t∞分别为固体表面和流体的温度，单位K； A为壁面面积，单位m^2； Q为面积A上的传热热量，单位W； h称为表面对流传热系数，单位W/(m^2.K)。 对流换热系数h的物理意义是：当流体与固体表面之间的温度差为1K时，1m*1m壁面面积在每秒所能传递的热量。h的大小反映对流换热的强弱。 如上所述，h与影响换热过程的诸因素有关，并且可以在很大的范围内变化，所以牛顿公式只能看作是传热系数的一个定义式。它既没有揭示影响对流换热的诸因素与h之间的内在联系,也没有给工程计算带来任何实质性 的简化，只不过把问题的复杂性转移到传热系数的确定上去了。因此，在工程传热计算中，主要的任务是计算h。计算传热系数的方法主要有实验求解法、数学分析解法和数值分析解法。 影响对流传热强弱的主要因素有： 1. 对流运动成因和流动状态； 2. 流体的物理性质（随种类、温度和压力而变化）； 3. 传热表面的形状、尺寸和相对位置； 4. 流体有无相变（如气态与液态之间的转化）。 在不同的情况下，传热强度会发生成倍直至成千倍的变化，所以对流换热是一个受许多因素影响且其强度变化幅度又很大的复杂过程。

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 热设计就是电子设备开发中必不可少得环节。本连载从热设计得基础——传热着手，介绍基本得热设计方法。前面介绍得热传导具有消除个体内温差得效果。上篇绍得热对流，则具有降低平均温度得效果。 下面就通过具体得计算来分别说明自然对流与强制对流得情况。 首先，自然对流得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得公式，可以把流体得特性值带入公式中进行计算，可以适用于所有流体。但每次计算得时候，都必须代入五个特性值。因此，公式（3）事先代入了空气得特性值，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就是代入空气得特性值后求得得系数。如果就是向水中散热，2、51需要换成水得特性值。 公式（3）出现了C、L、⊿T三个参数。C与L从表1中选择。例如，发热板竖立与横躺时，周围空气得流动各不相同。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就是成对定义得。计算代表长度得公式因物体形状而异，因此，在计算得时候，需要从表1中选择相似得形状。

需要注意得就是，表示大小得L位于分母。这就表示物体越小，对流传热系数越大。 ⊿T就是指公式（2）中得（表面温度-流体温度）。温差变大后，传热系数也会变大。物体与空气之间得温差越大，紧邻物体那部分空气得升温越大。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”。第二篇中介绍得热传导公式能够通过求解微分方程得方式求出，但自然对流与气流有关，没有完全适用得理论公式。能建立理论公式得，只有产生得气流较简单得平板垂直放置得情况。因为在这种情况下，理论上得温度边界线得厚度可以计算出来。 但就是，如果发热板水平放置，气流就会变得复杂，计算得难度也会增加。这种情况下，就要根据原始得理论公式，通过实验求出系数。也就就是说，在公式（3）中，理论计算得出得数值0、25可以直接套用，C得值则要通过实验求出。 自然对流传热系数无法大幅改变

对流受热面的换热计算

锅炉对流受热面的换热计算 大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。尽管这些受热面的结构布置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有所不同。 对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热量。 对流受热面换热计算的基本方程 1.受热面的对流传热方程 d j , kJ/kg K tH Q B ?= 式中d Q ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以1kg 燃料（固体、液体）或31m ；燃料（气体）为基准；K ——传热系数,W/(m 2·℃)；t ?——传热温压，℃；H ——参与对流换热的受热面面积，m 2；j B ——锅炉计算燃料量，kg/s 。 2.烟气侧热平衡方程 对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的，为 ()0d y y lk ,kJ/kg Q h h h ?α'''=-+? 式中 ?——保热系数，考虑散热损失的影响；y h '、y "h ——烟气在该受热面入口及出口截面上的平均焓值，kJ/kg ；0lk h ——对应于过量空气系数1α=时，漏入该段受热面烟气侧 的冷空气焓值,kJ/kg ；α?——该段受热面的漏风系数。 3.工质侧热平衡方程 对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。 （1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。 这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即 ()d f j "Q ,kJ/kg D h h Q B '-=- 式中 f Q ——受热面吸收来自炉膛的辐射热量,kJ/kg ;D ——工质流量，kg/s ；"h 、h '——受热面出口及入口的工质焓值,kJ/kg 。

传热计算习题附详细答案

传热计算题 1.在一内径为0.25cm的管轴心位置上，穿一直径为 0.005cm的细导线，用以测定气体的导热系数。当导线以0.5A 的电流时，产生的电压降为0.12V/cm，测得导线温度为167℃，空心管内壁温度为150℃。 试求充入管内的气体的导热系数 试分析仪器精度以外造成结果误差的客观原因。 2．有两个铜质薄球壳，内球壳外径为0。015m，外球壳内径为 0.1m，两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。内球用电加热，输入功率为 50w，热量稳定地传向外球，然后散发到周围大气中。两球壁上都装有热电偶，侧得内球壳的平均温度为120℃，外求壳的平均温度为50℃，周围大气环境温度为20℃；设粉粒料与球壁贴合，试求： （1）待测材料的导热系数 （2）外球壁对周围大气的传热系数 3．有一面积为10cm2带有保护套的热电偶插入一输送空气的长管内，用来测量空气的温度。已知热电偶的温度读数为300℃，输气管的壁温为 200℃，空气对保护套的对流传热系数为60w/m2.k，该保护套的黑度为 0.8，试估算由于辐射造成的气体温度测量误差。并叙述减小测量误差的途径。已知 Stefan-Bohzman常数σ=5.67×10-9w/m2k 。4．用两个结构尺寸相同的列管换热器按并联方式加热某中料液。换热器的管束由32根长 3m 的Ф25×3mm 的钢管组成。壳程为120℃的饱和蒸汽。料液总流量为20m3/h，按相等流量分配到两个换热器中作湍流流动，由 25℃加热到 80℃。蒸汽冷凝对流传热系数为8Kw/m2.℃，管壁及污垢热阻可不记，热损失为零，料液比热为 4.1KJ/kg.℃，密度为 1000kg/m3。试求： （1）管壁对料液的对流传热系数 （2）料液总流量不变，将两个换热器串联，料液加热程度有何变化？ （3）此时蒸汽用量有无变化？若有变化为原来的多少倍？ （两者情况下蒸汽侧对流传热系数和料液物性不变） 5．某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m2（管外面积），均由128根Ф25×2.5mm的钢管组成。壳程为 170℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜热为r=2054KJ/kg），凝液不过冷。空气走管程，其入口温度t1=30℃，流量为4500kg/h 假定空气的物性参数不随温度、压力变化，可视为常数，分别为C P=1.005KJ/Kg.K，ρ=1.06Kg/m3，μ=20.1×10-3cp ,λ=0.029w/m.k。热损失可略，管内湍流时空气的对流给热系数可用下式计算： N u=0.02R e0.8。 （1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，试求空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量 m1(kg/h) （2）若两台改为串联使用，试求此时空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量m1(kg/h)。 （3）试比较并联及串联时传热效率的大小，并求两种方式下总传热能力的比值 Q串/ Q并。 6．现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m2的列管式空气加热器，每台加热器均由64根Ф57×3.5mm钢管组成，壳程为170℃的饱和水蒸汽，空气入口温度为30℃，流量为 2.5kg/s ，以湍流方式通过管内。 （1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，此时空气的对流传热系数为38w/m2℃，求空气的出口温度t2(℃)