102食品工程原理 Nu=0.664Re0.5Pr13 (2-25) 当Re>3×105(湍流)时 Nu=0.037Re0.8Pr13 (2-26) 式中Re=Le 应用条件：Pr>0.6。 定性温度：固体的壁面温度与流体的平均温度的算术平均值。 定性尺寸：L为沿流动方向上的平板长度。 [例2-4]某管道上有一个边长为0.051m的正方形铜片，它的温度均匀 地保持在82.2℃。当101.3kPa、7.8℃的冷空气以12.2m/s的速度平行流过 此铜片时，试计算对流传热系数。 解：定性温度=82.2，+7.8=45（℃） 在附录中查得45℃、101.3kPa下空气物性如下： 4=1.935×10-5Pas,λ=2.791×10-2W/(mK),p=1.111kg/m3 Pr=0.6985 Re="2-0.05150HⅢ=35724（层流） Px=0.6985>0.6 选用公式（2-25)计算a Nu=0.664Re0.5Pr13 a=0.664(2）Re.5p,13=0.664×(2.791x10-2) 0.051 ×357240.5× 0.698513=60.9[W/(m2.K)] 3.4.2流体流过单个球体的表面 Nu=2.0+0.6Re0.5Pr13 (2-27) 应用条件：Re=1~70000,Pr=0.6~400。 定性温度：固体的壁面温度与流体的平均温度的算术平均值。 定性尺寸：球的直径D。 3.4.3流体垂直流过圆柱体 Nu CRemPr1/3 (2-28)
第2章传热103 式中C、m的数值见表2-6 应用条件：Px>0.6。 定性温度：固体的壁面温度与流体的平均温度的算术平均值。 定性尺寸：圆柱体的直径D。 表2-6式(2-28)中的C、m值 Re C Re n C 1-4 0.330 0.989 4×103-4×104 0.618 0.193 4-40 0.385 0.911 4×104-2.5×105 0.805 0.0266 40-4×103 0.466 0.683 3.4.4流体垂直流过管束 管束的排列方式有直列和错列两种，如图27所示。对于第一排管子，不论 直列还是错列，其换热情况都和单管时相仿。从第二排开始，因为流体在错列管 束间流过时，受到阻拦，使湍动增强，因此，错列时的对流传热系数大于直列时 的对流传热系数。从第三排以后，对流传热系数不再改变。 ⊕⊕Φ 士西 运C默 52 (a) Φ Φ Φ (b) (a)直列(b)错列 图27流体横向流过管束时的情况 流体垂直流过管束时对流传热系数的关联式如下： Nu CeRe"Pr0.4 (2-29) 式中C,e,n的数值见表2-7
104食品工程原理 表2-7式(2-29)中的C、8、n值 直排 错排 排数 拉 n 1 0.6 0.171 0.6 0.171 名。=12~3时， 2 0.65 0.157 0.6 0.228 C=1+0.1x 3 0.65 0.157 0.6 0.290 3>3时， ≥3 0.65 0.157 0.6 0.290 d%=1.3 应用条件：Re=5×103~7×104,x1/d=1.2~5,x2/d0=1.2~5。 定性温度：流体进、出口温度的算术平均值。 定性尺寸：管外径do。 流体流速取垂直于流动方向最窄通道处的流速。 应该指出的是，式(2-29)算出的是某一排管子的。 由于各排的对流传热系数不同，整个管束的平均对流传热系数为： ∑(aS) (2-30) 3.5流体在搅拌槽内强制对流 许多食品生产及化学和生物过程通常在搅拌槽中进行，典型的搅拌槽由圆筒 形容器和搅拌器所组成。搅拌槽中的液体常常需要加热或冷却，传热面可以是容 器壁上的加热或冷却夹套，也可以是浸没在液体中的蛇管。 流体在搅拌槽内的对流传热系数关联式如下： Np (2-31) 或 a=c(合)(e(）'()“ (2-31a) 式中：D为搅拌槽直径，m;d为搅拌器直径，m;n为搅拌器转速，r/s。 常数C,m值与搅拌器的型式及传热面的形式有关，参见表2-8。 应用条件：Re=200-10,号=0.25-0.60 定性温度：流体的平均温度
第2章传热105 表2-8式(2-31)中的C,m值 C 传热壁面 m 涡轮式搅拌器 平桨式搅拌器推进式搅拌器 容器夹套内壁 0.62 0.36 0.54 蛇管外壁 0.62 1.01 0.87 0.83 3.6 非牛顿型流体的传热 在化学、生物和食品加工工业中，经常会遇到大量的、多种多样的非牛顿型流 体。考虑到多数非牛顿型流体服从指数规律，以下简要讨论这类流体的传热问题。 3.6.1流体在圆形直管内层流 =1.58c,n(2P“ (2-32) 其中 631.c-2 4卫 式中：W为流体的质量流量，kgs；L为加热管的长度，m;”,刀m分别为流 体平均温度和平均壁温下流体的广义粘度。 应用条件：Gz(Gratz准数)>20，n'>0.10,Re<2100。 定性尺寸：管内径d:。 容易验证，=广=。已经发现，在较宽的温度范围内，流变指数n (或‘)没有明显变化，而稠度系数K(或K')则变化很大，且大部分流体， 温度对K影响的数据还很缺乏。但由于，（即紧）的指数为0.14，故忽略其影 响不会引起多大误差。 3.6.2流体在圆形直管内湍流 w=0.041e0[()()”'°4 (2-33) 其中Re= diup K)
106食品工程原理 应用条件：Re>4000。 定性温度：流体进、出口温度的算术平均值。 定性尺寸：管内径d:。 [例2-5]某种非牛顿流体以250kgh的流量在内径25mm的管内流动， 加热管长度为1.5m。管外用蒸汽加热。流体的进出口温度分别为40℃和 56℃，管内壁平均温度为94℃。流体的平均物性数据为：密度1050kgm3, 比热容2.2kJ/(kgK),热导率1.2W/(m·K)。流体服从指数规律，其流变 指数n=n'=0.4,在本题温度范围内可视为常数。40℃和94℃时的稠度系数 分别为20kg·s”-2m和9kg·s”-2m。稠度系数与温度的关系近似为一直线。 求流体的对流传热系数。 解：定性温度=(40,56)=48（℃） 2 用线性内差法求得48℃下的稠度系数K=18.4 管内流速 250 1050 =0.135(m/s) 3600×(年）×0.0252 ”大0 Re =-diup 6=3m+1=3x04+1=1.375 4n' 4×0.4 G-2=(38)×125=849 /2501 2200 是=-14-2.04 选用式(2-32)，有 a=1.75×(01品5)×1.37510×84.913×2.040.14 454[w/(m2.K)]