三.对流传热速率 1.牛顿冷却定律 dQ=a△Tds(微分式) 其中dQ-通过传热面积dS的局部对流传热速率,W dS-微元传热面积,m2; △T--流体与固体壁面的温差,K; a--对流传热系数,也称膜系数,W·m2K1 在实际化工生产中取平均值: Q=s△T 其中:Q传热速率,W; S传热面积,m2; △T传热温差, 化工原理 第五章传热 26/102
化工原理 第五章 传 热 26/102 其中 dQ---通过传热面积dS的局部对流传热速率， W； dS---微元传热面积，㎡； ΔT----流体与固体壁面的温差， K； α---对流传热系数，也称膜系数，W·m-2·K-1 在实际化工生产中取平均值： Q= α S Δ T 其中： Q⎯传热速率， W； S⎯传热面积， m 2； Δ T⎯传热温差， K 。 三.对流传热速率 1.牛顿冷却定律 dQ=αΔTdS （微分式）
2.对流传热系数c= AAT K 物理意义:单位传热面积、单位传热温差下的传热速率。α与导热 系数λ不同,它不是物性,α反映了传热的快慢,各种传热形式 的a数量级如下表:传热形态 空气自然对流 ~25 空气强制对流 20~100 水自然对流 200~1000 水强制对流 1000~1500 水蒸汽冷凝 5000~15000 水沸腾 2500~25000 各种传热形式的a值差别较大 气体的α值最小(分子间距大,碰撞几率小) 液体的α值较大(分子间距小,碰撞几率较大) 有相变时α值最大(相变传热机理的特殊性)膜状冷凝、滴状 冷凝,有相的变化,界面不断骚动,故可大大加快传热速率。 t
化工原理 第五章 传 热 27/102 2.对流传热系数 α= , 物理意义：单位传热面积、单位传热温差下的传热速率。 α与导热 系数λ不同，它不是物性， α反映了传热的快慢，各种传热形式 的 α数量级如下表： TA Q Δ Km w ⋅ 2 传热形态 α 空气自然对流 5 ～25 空气强制对流 20 ～100 水自然对流 200 ～1000 水强制对流 1000 ～1500 水蒸汽冷凝 5000 ～15000 水沸腾 2500 ～25000 各种传热形式的α值差别较大： 气体的α值最小（分子间距大，碰撞几率小） 液体的α值较大（分子间距小，碰撞几率较大） 有相变时α值最大（相变传热机理的特殊性）膜状冷凝、滴状 冷凝，有相的变化，界面不断骚动，故可大大加快传热速率
532对流传热的量纲分析 传热系数的确定方法 Ⅰ.边界层微分方程的数学解法 I.以量纲分析为基础的实验方法(因次分析法) II热量和动量传递类比法 方法I除简单情况(如层流)外,无法求解,因此工程设 计上常采用后两种方法。即以量纲分析为基础的实验方 法。 因次分析+实验→半经验方程 传热系数的影响因素 流体状态:·无相变(强制、自然对流) 相变(蒸汽冷凝、液体沸腾) 化工原理 第五章传热 28/102
化工原理 第五章 传 热 28/102 传热系数的确定方法 I. 边界层微分方程的数学解法 II. 以量纲分析为基础的实验方法（因次分析法） III. 热量和动量传递类比法 方法 I 除简单情况（如层流）外，无法求解，因此工程设 计上常采用后两种方法。即以量纲分析为基础的实验方 法。 因次分析 + 实验 → 半经验方程 一 . 传热系数的影响因素 1. 流体状态： 无相变（强制、自然对流） 相变（蒸汽冷凝、液体沸腾） 5.3.2 对流传热的量纲分析
2.流体的种类、物性:p、μ、λ和c等(与温度有关) 3.引起流动的原因:·强制对流(流速u) 自然对流(温差→△p→浮升力) 1-Pog=Ip01+B△t t)-plg=pogβ△t 其中:pgβt一单位体积流体的浮升力 B—流体的体积膨胀系数,即温度每升高1℃时, 单位质量流体体积的增加。 4.流动状态:·层流(Re小,层流边界层厚度大,a小) 湍流(Re大,层流底层厚度小,a大) 5.传热壁面结构:形状、布置、大小(一种传热面,选一特征 尺寸L表示其大小) 化工原理 第五章传热 29/102
化工原理 第五章 传 热 29/102 3. 引起流动的原因： 强制对流（流速 u ） 自然对流（温差→ ∆ρ →浮升力） ( ρ 1 − ρ 0)g = [ ρ 0(1 + β ∆t) − ρ 0]g = ρ 0 g β ∆ t 其中：ρ g β ∆t — 单位体积流体的浮升力 β — 流体的体积膨胀系数，即温度每升高 1℃时， 单位质量流体体积的增加。 4. 流动状态： 层流(Re小，层流边界层厚度大，α小 ) 湍流(Re大，层流底层厚度小，α大 ) 5. 传热壁面结构：形状、布置、大小（一种传热面，选一特征 尺寸 L表示其大小） 2. 流体的种类、物性：ρ、μ、λ和 c p 等（与温度有关）
对流传热过程的量纲分析 稂根据实验发现,影响α的因素如下: a=/(,山,cn或r,,b,或Bg) 1.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,并用一般函数关系表示: a=f(1,p,,cn,,) (2)确定无因次准数π的数目 N=n-m=7-4=3 0(x2,3) 化工原理 第五章传热 30/102
化工原理 第五章 传 热 30/102 二. 对流传热过程的量纲分析 根据实验发现，影响α的因素如下： ( tgulrcf ) = μρα p λ 或，，，或，， βΔ 1. 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，并用一般函数关系表示： ( uclf ) α = ρ μ p λ，，，，， （ 2）确定无因次准数π的数目 = − mnN = − = 347 π = φ(π π 321 ）