对流传热系数关联式对流传热系数的影响因素

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1、1-2-4对流传热系数关联式一、对流传热系数的影响因素实验表明，影响对流传热系数的因素主要有：1、流体的种类和相变化的情况2、流体的特性：1）流体的导热系数λ；2）粘度μ3）比热容ρcp、密度ρ：ρcp代表单位体积流体所具有的热容量。4）体积膨胀系数β：3、流体的流动状态层流和湍流的传热机理有本质区别：层流时，传热只是依靠分子扩散作用的热传导，故h就较湍流时为小；湍流时，湍流主体的传热为涡流作用的热对流，但壁面附近层流内层中为热传导，涡流使得49/14层流内层的厚度减薄，温度梯度增大，故h就增大。湍流时的对流系数较大。4、流体流动的原因自然对流和强制对流的流动原因不同。强制

2、对流：设ρ1和ρ2分别代表温度为t1和t2两点的密度，则流体因密度差而产生的升力为(ρ1-ρ2)g。若流体的体积膨胀系数为β，单位为1/℃，并以Δt代表温度差(t2-t1)，则可得ρ1=ρ2(１＋βΔt）于是每单位体积的流体所产生的升力为：（ρ1-ρ2）g=[ρ2（１＋βΔt）－ρ2]g=ρ2gβΔt强制对流是由于外力的作用，如泵、搅拌器等迫使流体的流动。强制对流的对流系数大得多。5、传热面的形状、位置和大小49/14传热管、板、管束等不同的传热面的形状;管子的排列方式，水平或垂直放置；管径、管长或板的高度等，都影响h值。表示传热面的形状、位置和大小的尺寸称为特征尺寸，用l表

3、示所以，h可以用下式表示:h=f（μ，λ，cp，ρ，u，ρgβΔt，l）（1）二、因次分析对流体无相变化的对流传热进行因次分析，得到的准数关系式为:（2）式（2）中各准数名称、符号和意义列于下表中。准数名称符号准数式意义努塞尔特准数（Nusselt）Nu对流传热系数雷诺准数（Reynolds)Re确定流动状态普兰特准数（Prandtl）Pr物性影响49/14格拉斯霍夫准数（Grashof）Gr自然对流影响（3）各准数中物理量的意义为:l----传热面的特征尺寸，可以是管内径或外径，或平板高度等,m；Δt----流体与壁面间的温度差,℃；β----流体的体积膨胀系数,1

4、／℃；在某些情况下，式（3）可简化如下:自然对流：Nu=f（Pr，Gr）（4）强制对流：Nu=f（Re，Pr）（5）对于各种不同情况下的对流传热的具体函数关系由实验决定。在使用由实验整理得到的α关联式时，应注意以下几点:（1）定性温度各准数中流体的物性应按什么温度查定。（2）特征尺寸Nu、Pr等准数中49/14包含的传热面尺寸称为特征尺寸，通常是选取对流体流动和传热发生主要影响的尺寸。分圆管：取内径；非圆管，de′应用范围关联式中Re,Pr等准数的数值范围等。三、流体无相变时的对流传热系数（一）、流体在管内作强制对流1．流体在圆形直管内作强制湍流对流传热计算中，规定Re＞

5、10000为湍流，2300＜Re＜10000为过渡流。使用关联式应注意其具体条件。（1）低粘度（＜2倍常温水的粘度）流体（6）或（7）式中n值视热流方向而异，当流体被加热时，n=0.4；被冷却时，n=0.3。应用范围Re＞10000，0.7＜Pr＜120；管长与管径比＞60。49/14若＜60时，可将由式4-70算得的α乘以进行校正。特征尺寸Re、Nu等准数中的l取为管内径di。定性温度取为流体进、出口温度的算术平均值。（2）高粘度的液体（8）令＝，则（9）式中项也是考虑热流方向的校正项。应用范围Re＞10000，0.7＜Pr＜16700，＞60。特征尺寸取为管内径di。定性

6、温度除取壁温外，均取为液体进、出口温度的算术平均值。49/142．流体在圆形直管内作强制滞流流体在管内作强制滞流时，应考虑自然对流的效应，并且热流的方向对α的影响也更加显著，情况比较复杂，关联式的误差比湍流的为大。当管径较小，流体与壁面间的温度差较小，流体的μ/ρ值较大时，自然对流对强制滞流传热的影响可以忽略，此时对流传热系数可以用下式求算，即:（10）应用范围Re<2300，0.6100。特征尺寸管内径di。定性温度除取壁温外，均取流体进、出口温度的算术平均值。　应指出，通常在换热器的设计中，为了提高总传热系数，流体多呈湍流流动。3.流体在圆形直管中作

7、过渡流49/14当Re=2300～10000时，对流传热系数可先用湍流时的公式计算，然后把算得的结果乘以校正系数Φ，即可得到过渡流下的对流传热系数。　　　　　　　　　　　　　　(11)4.流体在弯管内作强制对流流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时α可用下式计算，即:　　　　　　　　　　(12)　　式中α′----弯管中的对流传热系数，W/(·℃)；　　　　　α---直管中的对流传热系数，W/(·℃)；　　　　　d---管内径，m；　　