对流换热及其影响因素分析
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第五章 对流换热分析对流换热是发生在流体和与之接触的固体壁面之间的热量传递过程。
牛顿冷却公式:)(f w t t h q -= W/m 2 A t t h f w )(-=Φ W 对流换热问题分析的目的是:确定h 的数值。
确定的方法有4种:分析法、类比法、实验法、数值法。
第一节 对流换热概述影响对流换热的因素很多,但不外是影响流动的因素及影响流体中热量传递的因素。
这些因素可归纳为以下五个方面:1.流体流动的起因按流体运动的起因不同,对流换热可区分分为:自然对流换热和受迫对流换热。
(1)自然对流(natural convection ):流体因各部分温度不同而引起的密度不同,在密度差的作用下产生的流动。
(举例:暖气片)(2)受迫对流(forced convection):在外力的作用下产生的流动。
(举例:泵、风机) 流动的起因不同,流体中的速度场也有差别,所以换热规律也不一样。
2.流体的流动状态层流(laminar flow):流层间不掺混,依靠流体分子的热运动传递热量; 紊流(turbulent flow):有流体微团的掺混,换热作用增强。
3.流体的热物理性质流体的热物理性质对于对流换热有较大的影响。
流体的热物性参数主要包括: ① 导热系数λ:λ大,则流体内的导热热阻小,换热强;② 比热容p c 和密度ρ:p c ρ大,单位体积流体携带的热量多,热对流传递的热量多; ③ 粘度μ:粘度大,阻碍流体流动,不利于热对流。
温度对粘度的影响较大。
④ 体积膨胀系数:在自然对流中起作用。
定性温度(reference temperature):确定流体物性参数值所用的温度。
常用的定性温度主要有以下三种:1 流体平均温度f t2 壁表面温度w t (有时对物性参数作某种修正时,以此作定性温度)3 流体与壁面的平均算术温度:2wf t t +4.流体的相变流体发生相变时的换热有新的规律。
无相变时:主要是显热;有相变时:有潜热的释放或吸收。
对流换热系数的影响因素
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递方式。
其中,对流换热系数是一个关键参数,用于描述热量传递的效率。
对流换热系数受许多因素影响,下面让我们具体来看看这些因素。
1. 流体性质:流体的密度、粘度、热导率、比热容等性质对对流换热系数的影响较大。
一般来说,流体的密度和比热容越大,对流换热系数越小,而粘度和热导率越大,对流换热系数越大。
2. 流动状态:流动状态对对流换热系数的影响主要表现在雷诺数上。
当雷诺数较小时,流体的流动状态为层流,对流换热系数较低;而当雷诺数较大时,流体的流动状态为湍流,对流换热系数较高。
3. 流动方向:流体流动方向对对流换热系数也有影响。
例如,在水平管道中,流体的对流换热系数比竖直管道中的大;另外,如果流体的流动方向与壁面的角度不同,对流换热系数也会有不同的变化。
4. 壁面形状:壁面形状对换热系数也有明显的影响。
一般来说,壁面越粗糙,对流换热系数就越大;反之,壁面越光滑,对流换热系数就越小。
此外,壁面凸度的改变也会影响对流换热系数。
5. 流体入口速度:流体入口速度对对流换热系数也有影响。
当流体入口速度增加时,对流换热系数会增加,主要是因为流体的对流和湍流增强。
以上就是对流换热系数的影响因素。
在实际工程中,我们需要结合具体情况,选择合适的流体和换热器结构,以提高对流换热系数,从而提高热量传递效率。
同时,我们也要进一步深入研究对流换热机理和影响因素,以推动对流换热领域的发展和应用。
求空气和管壁面间对流换热系数对流换热是热工学中一个重要的研究对象,对流换热系数是描述流体和固体壁面之间换热效果的一个重要参数。
而在许多工程领域中,空气和管壁面间的对流换热系数更是备受关注。
本文将围绕这一主题展开讨论,探讨空气和管壁面间对流换热系数的相关影响因素和计算方法。
一、对流换热系数的定义对流换热系数是指单位面积上的传热功率与温差之比,通常用符号"h"表示。
在对流换热过程中,对流换热系数的大小直接影响着传热效果,因此对其的研究和计算具有重要意义。
二、空气和管壁面间对流换热系数的影响因素1. 管道材质管道的材质直接影响着管壁面的导热性能和表面粗糙度,从而影响对流换热系数的大小。
一般来说,导热性能好、表面粗糙度小的管道对流换热系数会较高。
2. 流体性质空气的流体性质,如密度、粘度和导热系数等,也会对空气和管壁面间对流换热系数产生影响。
这些性质与空气的温度、压力等因素密切相关,在对流换热系数的计算中需要综合考虑。
3. 流体流动状态流体的流动状态对对流换热系数有明显影响。
层流和湍流的流动状态下,对流换热系数的大小会有所不同。
在实际工程中需根据流体流动状态的不同进行对流换热系数的计算和分析。
4. 管道几何形状管道的几何形状也会对对流换热系数产生影响。
不同形状的管道在对流换热过程中,由于流体流动状态的差异,其对流换热系数也会有所不同。
在计算对流换热系数时需要考虑管道的几何形状。
5. 表面温度差表面温度差是影响空气和管壁面间对流换热系数的重要因素。
一般来说,温度差越大,对流换热系数也会相应增大。
在工程实践中需要合理控制表面温度差,以提高对流换热系数。
三、空气和管壁面间对流换热系数的计算方法对于空气和管壁面间对流换热系数的计算,通常采用经验公式或数值模拟的方法。
常用的经验公式包括Dittus-Boelter公式、Sieder-Tate 公式等,这些公式都是根据大量实验数据拟合得到的经验公式,适用范围较广。
管内对流换热影响因素及其强化分析摘要: 从影响管内对流换热的因素出发,对近年来国内外学者的研究成果进行了综合分析,包括管内流体流动状态、表面形状、物性、脉动等对管内对流换热的影响。
介绍了利用缩放管、金属泡沫管、纳米流体、高压电场等强化换热的方法。
对中高温太阳能热利用系统中大温差管内对流换热的应用及其强化方法进行了展望。
关键词:管内;对流;换热;强化换热Influencing Factors and Enhancing Methods ofConvective Heat Transfer in TubesLei ChangkuiSafety Engineering Class 1002 1003070210Abstract: Some factors were summarized systematically according to the research in China and abroad in recent years, including convection flow state,phase-transformation,geometric factors, fluid pulse, fluid physical properties and viscosities. At the same time,some methods of enhancing heat transfer in tubes were also summarized,such as additives,electro-hydro-dynamical,metal foam filled pipes etc.Finally,the characteristics and the method of heat transfer enhancement were analyzed in high-medium temperature solar power systems.Key Words: tube,convection,heat transfer,heat transfer enhancing0 引言管内对流换热过程广泛存在于化工、动力、制冷及太阳能热利用等工程技术领域的各种热交换设备中,是一个传热温差和流体流动阻力并存且相互影响的复杂传热过程。
第五章对流换热分析通过本章的学习,读者应熟练掌握对流换热的机理及其影响因素,边界层概念及其应用,以及在相似理论指导下的实验研究方法,进一步提出针对具体换热过程的强化传热措施。
5.1 内容提要及要求5.1.1 对流换热概述1.定义及特性对流换热指流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。
在对流换热过程中,流体内部的导热与对流同时起作用。
牛顿冷却公式q h(t w t f ) 是计算对流换热量的基本公式,但它仅仅是对流换热表面传热系数h 的定义式。
研究对流换热的目的是揭示表面传热系数与影响对流换热过程相关因素之间的内在关系,并能定量计算不同形式对流换热问题的表面传热系数及对流换热量。
2.影响对流换热的因素(1)流动的起因:流体因各部分温度不同而引起密度差异所产生的流动称为自然对流,而流体因外力作用所产生的流动称为受迫对流,通常其表面传热系数较高。
(2)流动的状态:流体在壁面上流动存在着层流和紊流两种流态。
(3)流体的热物理性质:流态的热物性主要指比热容、导热系数、密度、粘度等,它们因种类、温度、压力而变化。
(4)流体的相变:冷凝和沸腾是两种最常见的相变换热。
(5)换热表面几何因素:换热表面的形状、大小、相对位置及表面粗糙度直接影响着流体和壁面之间的对流换热。
综上所述,可知表面传热系数是如下参数的函数h f u, t w , t f , , c p , ,,, l这说明表征对流换热的表面传热系数是一个复杂的过程量,不同的换热过程可能千差万别。
3.分析求解对流换热问题分析求解对流换热问题的实质是获得流体内的温度分布和速度分布,尤其是近壁处流体内的温度分布和速度分布,因为在对流换热问题中“流动与换热是密不可分”的。
同时,分析求解的前提是给出正确地描述问题的数学模型。
在已知流体内的温度分布后,可按如下的对流换热微分方程获得壁面局部的表面传热系数由上式可有h xtt x yW/(m 2 K)w,x其中为过余温度,h xxyW/(m 2 K)w,x对流换热问题的边界条件有两类,第一类为壁温边界条件,即壁温分布为已知,待求的是流体的壁面法向温度梯度;第二类为热流边界条件,即已知壁面热流密度,待求的是壁温。
水的对流换热系数水的对流换热系数是描述流体内部传热能力的一个重要参数。
它反映了水在流动时,通过对流方式传递热量的效率。
对流换热系数的大小直接关系到传热速率以及工程设备的热设计。
1. 对流换热过程的基本概念对流换热是指通过流体的流动来实现传热的现象,可以分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指在无外加力作用下,由密度差异引起的流动;而强制对流则是利用外加力的作用使流体强制流动。
对流换热系数则是描述流体流动状态下传热能力的量化指标。
2. 影响水的对流换热系数的因素水的对流换热系数受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面:2.1 流动速度:流动速度是影响对流换热系数的重要因素之一。
一般而言,流体的流动速度越大,对流换热系数也就越大。
因为高速流动可以增大接触面积,并且破坏热边界层,加强传热效果。
2.2 流体性质:水的物理性质对对流换热系数同样有显著影响。
水的导热系数较高,流体的热导率也就较高,对流换热系数也将较大。
2.3 流动状态:流动状态是指流体在管内的流动形式,如层流和湍流。
实验表明,当水在管内呈现湍流状态时,对流换热系数明显大于层流状态。
这是因为湍流能够增大流体的混合程度,提高传热效果。
2.4 传热面积:传热面积是指热量传递的表面积。
当传热面积增大时,给定流体流速下,对流换热系数也将增大。
3. 实际应用中对水的对流换热系数的估算在实际工程应用中,对于水的对流换热系数的估算,一般采用经验公式或者计算流体力学模拟方法。
3.1 经验公式:经验公式是通过大量研究和实验总结得到的经验关系。
对于水的对流换热系数,有很多的经验公式可供选择,如劳埃德公式、乌尔斯奥拉公式等。
这些公式通常基于实验数据,对于特定的流动状态、流速和传热面积大小,可以提供一个较为准确的估算值。
3.2 计算流体力学模拟方法:计算流体力学模拟方法是通过数值计算的方式,对流体流动和传热过程进行模拟和分析。
这种方法可以考虑更多细节,如流体粘性、湍流效应等。
强迫对流换热实验误差分析
在对流换热实验中,误差分析是评估实验结果的准确性和可靠性的重要步骤。
一些可能导致误差的因素和对应的分析方法:
1. 流量计误差:检查流量计的准确度和精度,比较实际流量值与流量计读数之间的差异。
可以通过使用多个流量计进行比对校准来减小误差。
2. 温度传感器误差:使用多个温度传感器进行测量,并比较它们的读数。
校准传感器的准确度和为每个传感器确定一个误差范围是减小误差的有效方式。
3. 液体性质变化:在实验过程中,液体的物性参数(如密度和比热容)可能发生变化,导致换热系数的测量误差。
对于液体性质的变化,可以在实验中进行相应的修正或控制,以减小误差。
4. 流速变化:测量流速时,由于管道结构、液体粘性等原因,流速可能存在变化。
检查流速变化对换热系数的影响,并进行适当的修正。
5. 实验环境影响:实验环境的温度、湿度等因素可能会对实验结果产生影响。
进行实验时应注意控制环境条件,并在数据分析时进行相应的修正。
综上所述,误差分析是检查实验过程中可能引入误差的因素,并进行相应的校准和修正,以提高对流换热实验的准确性和可靠性。