傳熱學傳熱學#適用條件：0.6<Pr<60,5xl05<Re<107定型尺寸：板長l定型尺寸：板長l,定性溫度：tmt+t=-fw2管內受迫對流換熱進口段：從進口到斷面流速和流態達到定型,入口效應充分發展段：斷面流速分布和流動狀態達到定型。流動充分發展段的流態由Re=判斷：VRe<2300層流2300<Re<104過渡狀態Re>104旺盛紊流流動充分發展段的特征du000，v二0dx熱充分發展段的特征：d(t—t)-1丿(0tdr)(0tdr)h=r=R=const=t—t九fwdr(tt—t'f-1丿fwrdr(t常物性流體在熱充分發展段的表面傳熱系數保持不變。Pr>1：熱進口段>流動進口段Pr<1：熱進口段<流動進口段紊流準則關聯式⑴迪圖斯-貝爾特公式(Dittus-Boelter)力口熱流體Nu=0.023RePr(t>t)fffwf冷去卻流體Nu二0.023ReP-r(t<t)fffwfn=0.4時：h二f\u0.8,尢0.6,c0-4,p0.8,卩―0.4,d-0-2丿p適用條件：流體與壁面具有中等以下溫差(空氣50°C，水20°C)

I記口10,Re>104,Pr=0.7?160ff定性溫度：全管長流體平均溫度定型尺寸：管內徑d。⑵西得-塔特公式(Sieder-Tate)0.14Nu

Nu

f=0.027Reo.8Pri3ffRe>104f適用條件：ld>60,PrRe>104ff⑶格尼林斯基公式(Gnielinski)氣體：0.6<Pr<1.5,0.5<?<1.5,2300<Re<104fTfwNu

f0.0214(ReNu

f0.0214(Re0.8-100ff(d]1一231+17丿丈)0.45液體：1.5液體：1.5<Pr<500fPr0.05<j<20,2300<Re<106

PrfwNu二0.012(Re0.87Nu二0.012(Re0.87-280fff(Pr——flPrw\0.11丿層流準則關聯式(1)西得-塔特公式(Sieder-Tate)Nu=1.86Re13Nu=1.86Re13Pri3fff(d￥3(、—f魏丿W0.14適用條件：常壁溫，0.48<Pr<16700,0.0044<生<9.75f4w定性溫度：全管長流體平均溫度定型尺寸：管內徑d⑵常物性流體熱充分發展段NuNu=4.36(常熱流q=const)fNu=3.66(常壁溫t=const)fwDarcy摩擦系數

f上f上Ref_0.3164

f_Re0.25外掠圓管對流換熱1、外掠單管層流Re_10000x~彷10Nuf_CRenNuf_CRenPr0.37ff——fPrl"丄丿w定性溫度：主流溫度。定型尺寸：管外徑。適用范圍：0.7<Pr<500,1<Re<106ff當Pr>10,Pr的冪次由0.37改為0.36。ff2、外掠管束后幾排管子的表面傳熱系數可達到第1排的1.3~1.7倍。Nuf_CNuf_CRenPr0.36ff‘Pr)0.25(——fPrlwJw表6-2S詮：相對管間距；￡：排數影響的修正系數(表6-3)。Sz2適用范圍：0.7<Pr<500f自然對流1、無限空間自然對流換熱準則關聯式Nu_C(Gr-Pr)n_C-Ran瑞利準則：Ra_Gr-Pr自模化：自然對流紊流的表面傳熱系數與定型尺寸無關2、有限空間自然對流換熱準則關聯式

Nu=C(Gr-Pr)m—ssIH丿定型尺寸S，定性溫度t=〔1*〔，2m2凝結換熱1、概念膜狀凝結與珠狀凝結2、表面傳熱系數豎壁平均表面傳熱系數h=h=0.943Vgrp2九3

卩l(t1)lsw水平圓管平均表面傳熱系數：水平圓管平均表面傳熱系數：h=h=0.725Hgrp2尢3i_i-|lxd(t—tlswh(lh(l\14其他條件相同時，你=0.77-IhV,I；d=50日寸，h=2h。'HV冷凝器常用橫管布置。定性溫度：冷凝器常用橫管布置。定性溫度：tm=I2f，潛熱r按蒸氣飽和溫度t確定。s3、影響因素⑴蒸氣流速⑵蒸氣含不凝結氣體⑶表面粗糙度⑷管排數的影響4、增強凝結換熱的措施⑴改變表面幾何特征⑵有效地排除不凝結氣體⑶加速凝液的排除⑷盡可能采用珠狀凝結沸騰換熱飽和沸騰：一定壓強下，當液體主體為飽和溫度t，壁面s溫度t高于t時的沸騰。ws過冷沸騰：主體溫度低于飽和溫度t，而t高于t的沸騰。sws沸騰溫差：飽和沸騰時，壁溫與飽和溫度之差At二t-1。ws沸騰曲線：熱流密度q與沸騰溫差At的關系曲線。核態沸騰、過渡沸騰和膜態沸騰的特征。控制壁溫與控制熱流密度改變工況的區別。控制熱流密度時應注意燒毀點C（臨界熱流密度qmax），須控制q的峰值。核態梆u過渡梆聘態沸燙.xt>汽膜Quun12461010010002000墜面過熱度A/=(t核態梆u過渡梆聘態沸燙.xt>汽膜Quun12461010010002000墜面過熱度A/=(tw-f,)/lC然流自對成核條件過熱度汽化核心：壁面上的凹坑、細縫、裂穴等。典型題分析1、把熱水倒入一玻璃杯后，立即用手撫摸玻璃杯的外表面時不感到杯子燙手。但如果用筷子快速攪拌熱水，很快就會覺得杯子燙手，試解釋這一現象。（西建大2005，6分）2、h=—^—的物理意義是什么？式中的九是壁面的導熱Atdyy=0系數還是流體的導熱系數？（東華2007，4分）3、空氣橫掠管束時，沿流動方向管排數越多換熱越強，而蒸

汽在水平管束外凝結時，沿液膜流動方向排數越多，換熱強度降低，為什么？（東華2005，8分）4、為什么珠狀凝結的表面傳熱系數比膜狀凝結的高?（西建大2005，6分）5、蒸汽中含有不凝性氣體將對膜狀凝結換熱產生什么影響？分析產生影響的原因。（重大2006，12分）6、當把一杯水倒在一塊赤熱的的鐵板上時，板面上立即會產生許多跳動著的小水滴，而且可以維持相當一段時間而不被汽化掉，請從傳熱學的角度分析這一現象，并從沸騰曲線上找出開始形成這一狀態的點。（東華2006，7分）7、有人提出管內定壁溫層流換熱的關聯式0.14Nu=Nu=1.86Rei3Pri3試說明：⑴該式適用于進口段還是僅適用于充分發展段？⑵式中的下角碼“f”和“w”各表示什么？⑶（d/L）3和C廠屮）」4項分別用來修正什么影響?⑷定熱流時的Nuf與上式算得的值相比是偏大？偏小?還是相等?西建大小?還是相等?西建大2004，12分）8、光滑圓管內受迫紊流換熱可用兩個公式來計算：（a）Nu=0.023Re0.8Pr0.4；（b）Nu=0.023Re0.8Pr0.3。試說明：ffffff⑴兩個公式各適用于什么情況？⑵公式的定型尺寸（包括非圓管道）和定性溫度；⑶公式的應用范圍（準則范圍？長、短管？直、彎管？）⑷由公式提出增強管內受迫紊流換熱的主要途徑（至少3條）。（西建大2006，6分）9、一般情況下粘度大的流體其Pr數也越大，有對流換熱的實驗關聯式Nu=cRemPrn可知（c、m、n均為常數，通常m>n>0），Pr越大，Nu也越大，從而表面傳熱系數h也越大，即粘度大的流體其表面傳熱系數h也越大。這與理論分析和試驗結果相矛盾，為什么？（重大2007，10分）10、有一塊長為l二2m，厚度為8二40mm，材料導熱系數九=0.68W/（m-K）的平板（假定平板在長度和寬度方向上為無限大），平放在絕熱表面上，平板內具有均勻內熱源q二4x104W/m3。現有平均溫度t=40C的11號潤滑油vf以u二0.6m/s的速度從平板上表面流過，試計算：⑴潤滑油和平板上表面之間的平均表面傳熱系數；⑵距平板上表面10mm處平板內的溫度；⑶平板內的最高溫度。（重大2004，30分）附注：（1）11號潤滑油的物性參數近似選取：九=0.1405W/（m-K），v=57.4xl0-6m2/s，Pr=723⑵流體外掠平板強制對流換熱的實驗關聯式：Nu=0.664Re12Pr13mNu=（0.037Re45—871）P門3Re>5x105m11、導熱系數X=0.026W/（m-K）的流體外掠平板，通過實驗已得出距平板前緣x處的溫度分布為t=40-2.5x103y；局部表面傳熱系數隨板長變化的關系為h=Ax-0.48，其中xA為常數W/Cnl.52K）。求：（1）板長x內的平均表面傳熱系數h與h的比值；⑵當x=0.5m流體與壁面的溫差為x10°C時，確定常數A的值。（重大2005，16分）12、對管內充分發展的紊流流動換熱，試分析在其他條件不變的情況下，將流體加熱相同溫升，而流體流速增加一倍時，管內對流換熱表面傳熱系數有什么變化？管長又有何變化？（NU=O.O23Reo$Pro.4）（重大2004,10分）13、某換熱器中，冷卻水以2m/s的流速流過直徑d=20mm的長管，已知管內壁平均溫度為80°C，欲將水從進口處的20°C加熱到出口處的50C,試計算對流換熱表面傳熱系數和所需管長。（西建大2006，20分）準則方程：Nu=0.023Re0$Pw（紊流）fffNu=1.86QePr呀）3〔匕Y"（層流）fff八（卩丿w水的物性：t九[W/m.K]P[kg/m3]c[kJ/kg.K]pvx106[m2/s]卩x106[Pa.s]Pr200.599998.24.1831.00610047.02300.619995.74.1780.850801.25.42400.634992.24.1780.659653.14.31500.648988.14.1830.556549.23.5414、一管殼式蒸汽-水換熱器,其管束由外徑20mm,內徑18mm的銅管組成。t=130C的干飽和水蒸氣在管束外殼側放熱s凝結成為飽和水，其凝結換熱表面傳熱系數h=6000W.（m2?K）；流量為2.78kg/s的水在管內流動,o流速為0.8m/s，水的進、出口溫度分別為55C和95°C。流體在管內受迫流動的準則方程形式為：仆1p(d1GJIL丿sNu=cRemPrnw各實驗常數如下表：流態cmnPs層流1.861/31/30.141/3紊流0.0270.81/30.140：當t=f75C時,c=4.19pkJkg-K；已知水的物性參數為P=975kg.m3；；-67x10-2W（m-K）；v=0.39x10-6m^s；Pr二2.38；卩=380.5x10-6（N-s）/m2。當t二130°C時，，w卩=237.4x10-6（N-s）/m2。不計銅管的導熱熱阻，求：⑴管內表面傳熱系數h？i⑵管束由多少根銅管組成？⑶管束長度？（重大2007，30分）15、兩根橫管具有相同的表面溫度，均放置在同一環境里被空氣自然對流所冷卻。第一根管子的直徑是第二根管子的直徑的10倍。如果兩根管子的GrPr值均處于104-107之間，自然對流換熱的準則關聯式為：Nu=c（GrPr）14。試求兩管自然對流表面傳熱系數的比值（h/h）及單位管12長熱損失的比值（q-q）？（重大2006，12分）1112典型題解答1、表面傳熱系數：強制對流>自然對流2、九為流體導熱系數3、空氣橫掠管束時，前排對后排形成擾動。蒸汽在水平管束外凝結時，上層液體流入下層形成液膜，增大了熱阻。4、珠狀凝結沒有膜層熱阻5、蒸汽中含有不凝性氣體會顯著惡化凝結換熱6、膜態沸騰，膜層熱阻較大7、⑴適用于進口段

⑵“f”和“w”表示定性溫度為流體溫度和壁面溫度⑶Sl)3修正進口效應，C.屮)14修正物性影響f'w⑷定熱流時的Nuf比上式算得的值偏大8、(1)(a)加熱流體；⑹冷卻流體⑵定型尺寸管徑d或d,定性溫度流體平均溫度;e應用范圍：Re>104旺盛紊流，長、直管道f提高流速，選擇密度大、導熱系數大的流體n=0.4時：h=fC0.8,九0.6,C0.4,p0.8,卩-0.4,d-0-2)pNUXVn-m，粘度大的流體其表面傳熱9NUXVn-m，粘度大的流體其表面傳熱va系數h小。10、解：⑴Re=Ulv5肪=2?099104，為層流Nu=0.664ReF2Pr13=0.664x（2.09xl04）2972313=861.6mNu九861.6x0.1405h=l==60.5W/m2-Kml⑵平板內導熱微分方程：+qv=0dy2九邊界條件：dtdy=0y=0dt-九一dy邊界條件：dtdy=0y=0dt-九一dy=h解得：y=St=2V62-y2-1）y=Sfh+tf距平板上表面10mm處平板內的溫度:t=鵝紅42-°.032)++40=87.°°。⑶平板內的最高溫度位于y=0處t=x0.042+4x104x0.04+40=113.5C1A-X0.521A-X0.520.52?xA?X-0.48h1JXA?X-0.48dx11、(1)h=4hA?x-0.48x⑵h⑵h=丄理xAtdy0-026X(-2-5152-Kh=A-x-0.48nA=h-x0.48=6.5xO.5o.48=4.66W/Cm1.52K)xx12、12、NuxReo$=(ud流速增加一倍，則h提高2o.8=1.74倍，即提高74%。要保持流體加熱相同溫升，即換熱量增加一倍，則管長心滸=為=肅=心，即需加長15%。13、13、t='；+':-20旦=35C2Re=Ud=2X0.02=52980，為紊流v0.755x10-6Nu=O.O23Reo-8Pro.4=0.023x5298Oo$x4.87o-4=260.60.02h=怛=260.6xO.626=8156.8W/m2?Kd

0.02O=meAt=pu^^cAtp4p=994x2x3.14x0.022x4.178x30=78.24kW①=h?兀dl-AtmAt

mAt'—At〃At

m60==河=皿60ln3015、I=h?兀d-Atm78.24x1038156.8x3.14x0.02x15、I=h?兀d-Atm78