5-5 对流传热系数

3.流体的性质：、、cp、等
4.传热面的形状、大小、位置：如圆管与平板、垂直与水平、 管内与管外等 5.有相变与无相变： cp或汽化潜热r
f ，，c p 或r，，l，u或tg
定理：
无因次数群个数 变量数 7 基本因次数 4 3个
一、实验法求
无因次数群：
Nu
Pr c p
l
-----努塞尔数，表示导热热阻与对流热阻之比

ul
-----普朗特数，反映物性的影响。 一般地，气体的Pr<1，液体的Pr>1
Re
tgl 3 2 ------格垃晓夫数Gr是雷诺数的一种 或Gr 2 变形，相当于自然对流时的“雷诺数
ik 1
k 1
N
3
1 2
思考2：如图，两相距很近的无限大平板， 角系数为多少？
12 21 1
三、两灰体组成的封闭体系的辐射传热速率
2、几个概念
物体 环境
G ----投入辐射,W/m2 (1-)G E
J
-----有效辐射， W/m2
J E (1 )G
物体与环境交换的热量
的数量级
2 自 然 对 流 ： 5 ~ 25 W / m K 空气中 2 强 制 对 流 ： 30 ~ 300 W / m K
自 然 对 流 ： 200 ~ 1000 W / m2 K 2 强 制 对 流 ： 1000 ~ 8000 W / m K 水中 2 蒸 汽 冷 凝 ： 5000 ~ 15000 W / m K 水 沸 腾 ： 2 1500 ~ 30000 W / m K
1 ij Ai 1 ji Aj
Ai A j
j

cos i cos j
r
2
dA j dAi dAi dA j
i r
θj
A j Ai

cos j cos i
r
2
θi
Ai ij A j ji
三、两灰体组成的封闭体系的辐射传热速率
4 5
思考1：如图，由N个面组成的闭合体， 任一面的所有角系数之和为多少？
d

c p
n 0.4 被 加 热 Nu 0.023Re Pr （式5-63） n 0 . 3 被 冷 却
思考1：与u、d有何比例关系？ Re
du

u 0.8 0.2 d
思考2：为什么加热时n取0.4，冷却时取0.3？
∵气体的Pr<1，液体的Pr>1 等温 液体被冷却 或气体被加热 时，变小 液体被加热 或气体被冷却 时，变大 速度分布
E Eb
和温度、浓度等有关
3、与A的关系-----克希霍夫定律 如图两壁面无限大且相距很近。 对虚线所示面能量衡算：
注意： •只是数值上相等 •发射能力强的吸收 能力也强
E Eb
(1 A) Eb
AEb
Eb E (1 A) Eb E A A Eb
三、两灰体组成的封闭体系的辐射传热速率
（一） 无相变时 1、管内层流 ---传热主要以导热方式为主（有时有自然对流） 时
使用范围为： 管子的进口段， 0.6<Pr<6700， 恒壁温、 Gr<25000（自然对流影响可以忽略）， 温差（壁温与流体主体温度之差）不大。 Re<2300、
d 1/3 0.14 Nu 1.86(Re Pr ) ( ) l w
若不满足适用范围时，需修正： （1）对于短管，L/d<50
乘上一个大于1的校正系数，见图5-25 Why？
因为：管内未充 分发展，层流底 层较薄，热阻较 小。
（2）当壁面与流体主体温差较大时，需引入一个校正项：
教材式（5-64）
（3）过渡流：
乘上一个小于1的校正系数：式（5-67） Why？
（4）弯管内：
(5-65)
当Gr>25000，需考虑自然对流对传热的影响，式（565）乘上一个大于1的校正系数：
1 3 f 0.8 1 0.015Gr 1
思考：为什么需乘上一 个大于1的校正系数？二、各Fra bibliotek情形下的经验式
2、管内湍流
n 0.4 被加热 Nu 0.023Re Pr n 0.3 被冷却
I II III
式（5-71）
I II III IV
（3）流体在管壳间的对流传热：
有挡板，Re>100即可达到湍流。式（5-72）
二、各种情形下的经验式
4、自然对流 （大空间）
Nu C Pr，Gr
n
式（5-75）
C、n为经验常数。
二、各种情形下的经验式
qGJ
或q J G
三、两灰体组成的封闭体系的辐射传热速率
3、对两灰体组成的封闭体系的辐射传热速率Q1-2：
1 2
G
1 T1 2 T2
1 T1
G1 J1
2 T2
(1-)G E
J E (1 )G
J
对灰体1（灰体2）表面作热量衡算，有：
Q1 2 Q1环境 J 1 G1 A1 Q2环境 J 2 G2 A2
牛顿冷却定律：
Q At t w
获得的主要方法：
理论分析法
解析求解、数值求解
实验法： 半理论半经验方法，是目前的主要方法。
一、实验法求
量纲分析法：回忆第一章有关内容
影响的因素主要有： 1.引起流动的原因：自然对流和强制对流 2.流动型态：层流或湍流 用量纲分析法、 再结合实验，建立 经验关系式。
J 1 E1 (1 1 )G1 1 E b1 (1 1 )G1
J 2 E 2 (1 2 )G2 2 E b 2 (1 2 )G2
J 1 1 E b1 G1 1 1 J 2 2 E b2 G2 1 2
2 强 制 对 流 ： 500 ~ 1500 W / m K 油类中 2 蒸 汽 冷 凝 ： 500 ~ 3000 W / m K 总之：
l
g
有相变
无相变
强制
自然
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第六节 辐射传热
一、基本概念
1、什么是辐射传热？ 靠电磁波传热的方式，称为～。
乘上一个大于1的校正系数：式（5-68）Why？
（5）非圆形管的强制湍流：
上式仍可使用，但需将d 换成 de
二、各种情形下的经验式
3、管外强制对流 （1）流体横向流过单管传热：见图5－27 处处不同，需平均。 （2）流体横向流经管束（管簇）的传热：
Nu=C1C2 Ren Pr0.4
并 排 ： 管子排布方式 错 排 ：
QD（透过）
A R D 1
3．黑体、白体、透热体、灰体
吸收率A＝1 ----绝对黑体，如没有光泽的黑漆 反射率R＝1 ----绝对白体或镜体，如十分光亮的金属 透过率D＝1 ---- 透 热 体 ， 如 单 原 子 或 对 称 双 原 子 构 成 的 气 体（ He ， H2，O2 等） 如图可见，实际物体的辐射特性曲线过 于复杂，工程上为方便处理，以灰体近似替 代实际物体。 灰体----以相同的吸收率吸收所有波长的 热辐射能的物体。工业用的大多数固体 材料可近似为灰体。 ！！！注意：灰体是一种假想体。
冷凝 （二）有相变 沸腾
热流方向
热流方向
1、冷凝传热
膜 状 冷 凝 滴 状 冷 凝
滴 膜
蒸汽 ts
液膜是主要热阻 水平圆管外：
蒸汽 ts
膜状冷凝：
竖直壁面：先层流，后湍流
层流：式（5-79）、式（5-79 b ）
湍流：式（5-82）
层流：式（5-80）
膜状冷凝：
水平管束：
第一排的与单管相似， 第二排的比第一排小， 第三排的比第二排小， why？ …… 若干排后，基本上不变。 平均比单排的小（式5-80与5-80a对比） 。
”
一、实验法求
故
Nu
Pr
Re
l
Nu f Re 或Gr ，Pr
定性温度：确定物性的温度，有两种
t 进 t出 主体平均温度 t m 2
膜温
c p

ul
tgl 3 2 或Gr 2
tm
t壁 t主体 2
二、各种情形下的经验式
膜状冷凝传热的强化：
减薄冷凝液液膜厚度； 选择正确的蒸汽流动方向； 在传热面上垂直方向上刻槽或安装若干条金属丝等； 用过热蒸汽； 及时排放不凝性气体。
二、各种情形下的经验式
2、沸腾传热（大容积） （1）产生沸腾现象的必要条件： 液体过热、 有汽化核心
（2）沸腾传热机理：气泡的不断形成、长大、脱离壁面， 热量随气泡被带入液体内部；同时引起液体的搅动。
三、两灰体组成的封闭体系的辐射传热速率
J 1 1 E b1 Q1 2 J 1 1 1 A1
1 E b1 1 J 1 E b1 J 1 A1 1 1 1 1 1 A1
二、物体的辐射（发射）能力
辐射能力：单位时间、单位面积上对所有波长辐射线的辐射 能量，用E表示，单位W/m2。又称发射能力。 所有物体中，黑体的发射能力最强。 1、黑体的辐射能力Eb
E b E b d
根据普朗克量子理论，有 E b
0

C 1 5 C 2 T e 1
4
T 4 E b 0T C 0 ---斯蒂芬—波尔茨曼定律 100
如图两物体之间的辐射传热量QAB不仅与两物体 的发射能力有关，还与两者的相互位置、周围环境 的对其辐射有关，很复杂。本节重点讨论两灰体组 成的封闭体系的辐射传热速率的计算。