第十五章對流換熱分析對流換熱的影響因素相似理論及不同情況下對流換熱計算沸騰換熱和凝結換熱對流換熱的概念對流換熱的影響因素牛頓冷卻公式§15-1對流換熱概念及牛頓冷卻公式一、對流與對流換熱的概念1、對流：定義：分類：

自然對流：起因：流體各部分密度不同如：暖氣片供暖時空氣的流動

強制對流：起因：外界提供動力如：空調制冷，暖風機供暖2、對流換熱定義：流體與固體壁面之間既直接接觸又有相對運動時的熱量傳遞過程。分析：對流換熱包含熱對流和導熱tftw層流三、對流換熱的影響因素流動的起因和流態流體有無相變流體的物理性質換熱表面的幾何因素1、流動的起因和流態受迫對流換熱和自然對流換熱層流和紊流層流：流速緩慢，流體分層，垂直于流動方向上的熱傳遞主要靠導熱，h小紊流：流體內各部分流體迅速混合，熱傳遞主要依靠流體宏觀的湍流脈動，h大2、流體的物理性質對導熱和對流產生影響的物性都將影響對流換熱導熱系數λ，W/（m·K）密度ρ，kg/m3比熱容c,J/(kg·K)動力粘度μ，Pa·s（或運動粘度ν=η/ρ，m2/s）體膨脹系數αv，K-1流體的物性參數的數值隨流體的種類、溫度、壓力而變化，對于同一種不可壓縮牛頓流體主要取決于溫度3、流體有無相變無相變換熱：顯熱傳遞熱量相變換熱：沸騰換熱和凝結換熱過程中有潛熱變化，沸騰換熱中有氣泡的強烈擾動，因此換熱的規律和強度不同于單相流體，一般遠高于單相流體的對流換熱4、換熱表面的幾何因素幾何因素影響流體的流動狀態，因此影響流體的速度分布和溫度分布幾何形狀尺寸相對位置表面粗糙度四、表面傳熱系數的函數式h：表征對流換熱強弱的參數五、牛頓冷卻公式1、牛頓冷卻公式對流換熱量（W）對流換熱面積（m2）流體與壁面溫差（tf-tw）h：表面傳熱系數，W/（m2?℃）意義：當流體與壁面之間溫差為1℃時，在單位時間內通過單位面積的熱流量。單位面積的換熱量或表示為：流體被加熱流體被冷卻第二部分相似理論及不同情況下

對流換熱計算§15-2相似理論及其應用§15-3管內流體強制對流換熱計算§15-4管外流體強制對流換熱計算§15-5空間流體自然對流換熱計算研究對流換熱的目的：獲得表面傳熱h的數學表達式實驗法：利用相似原理指導下的實驗研究方法流體在壁面外法線方向上的平均無量綱速度梯度，其大小反映對流換熱的強弱。流體慣性力與粘性力的相對大小，Re越大，慣性力影響越大。根據Re的大小判斷流態。流體動量擴散能力與熱量擴散能力的相對大小，是流體的物性準則。流體所受浮升力與粘滯力的相對大小。Gr數值越大，表明浮升力越大，自然對流換熱越強，反之亦然。Gr說明自然對流換熱相似。對流換熱量的計算步驟：1.分析流動：自然對流換熱大空間自然對流換熱－－P192有限空間自然對流換熱－－P194強制對流換熱管內－－表15-3直管內層流P183直管內過渡流P183直管內紊流P184彎管P185管外流體強制橫向流過單管P188流體強制橫向流過管束P1902.確定定性溫度和定型尺寸:P1803.確定Ｐr、Gr、Re相關參數可從附錄A-10和A-11中查取4.確定Nu的計算公式并進行計算5.由Nu求得表面傳熱系數h6.熱流密度或熱流量的計算相變換熱分類:

液體氣體

吸收熱量、蒸發器沸騰凝結放出熱量、冷凝器第六節、沸騰換熱一、沸騰換熱概述沸騰：在液體內部進行的汽化現象。沸騰換熱:是伴隨相變的對流換熱,表面傳熱系數要比無相變的對流表面傳熱系數大得多.沸騰換熱是制冷系統中蒸發器的主要換熱方式.分類：大空間沸騰管內沸騰二、大空間的沸騰換熱機理和沸騰曲線定義：在高于飽和溫度的加熱面沉浸于具有自由表面的液體中所發生的沸騰。沸騰溫差：Δt=ts-tw經歷階段：自然對流：Δt＜5℃

泡態沸騰：5℃＜Δt＜25℃

過渡沸騰：Δt>25℃

膜態沸騰：沸騰曲線0101001000Δt5q自然對流泡態過渡態膜態ABCDqmax臨界點：C熱流密度峰值：qmax

臨界熱流通量三、管內沸騰換熱過程四、影響沸騰換熱的因素1、液體表面壓力壓力低,沸點低,換熱溫差大,利于換熱2、不凝性氣體存在會使壓力升高3、液位高度隨液位的降低而升高故滿液式蒸發器內液位不能太高4、沸騰表面結構表面的微小凹坑容易產生汽化核心沸騰換熱計算水在1~40bar的壓力下：注意：壓力的單位為bar。實驗關聯式峰值計算式第七節、凝結換熱一、凝結換熱概述1、定義：工質在飽和溫和下釋放熱量由氣體轉變為液態的過程2、凝結的形式：

珠狀凝結

液體與壁面潤滑不好

膜狀凝結液體與壁面潤滑良好特點：膜狀凝結：珠狀凝結：tstw液膜蒸汽空間tstw蒸汽空間二、影響凝結換熱的因素