总之：l g
有相变 无相变
强制 自然
8
三、影响对流传热系数的因素
1.流体的性质 影响较大的物性有：


cp：比热容
：体积膨胀系数
1. ，Re，; 3. ， ; 5. ， 2.流体的种类和相变化情况: 2. ，Re， ; 4. cp，cp，
进行表达。
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Nu K Re Pr Gr
a b
c
l Nu lu Re
Pr
努赛尔数，对流传热系数的特征数 雷诺数，流动型态对对流传热的影响 普朗特数，流体物性对对流传热的影响
cp

gtl 3 2 格拉晓夫数，自然对流对对流传热的影响 Gr 2
l lu a c p b gtl 3 2 c C( ) ( ) ( ) 2
→ 不稳定的气膜 →
↓↓
32
工业上采用核状沸腾：大
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2. 影响因素及强化措施 （1）液体的性质
, , ,
强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）
（2）温差
在核状沸腾阶段温差提高，
（3）操作压强 （4）加热面
p t s
21
l/d<60

d f 1 l
0.7
1
过渡流（2300<Re<10000)

f 1
弯曲管内
6 10 Re
5
1. 8
1
离心力作用
d f 1 1.77 1 R
例：常压下，空气在管长为4m，管径为Φ60mm 3.5mm 的钢 管中流动，流速为 15m/s ，温度由 150oC 升至 250oC 。 试求管 壁对空气的对流传热系数。
第四节 对流传热
工程定义： 流体与固体壁面 之间的传热称为 对流传热
1
一、对流传热过程分析
T1
t2
1 (1)热 流 体 管 壁 内 侧
Q ( 对 流)
Q
对流 传导 对流
2 ( 2)管 壁 内 侧 管 壁 外 侧
Q ( 热 传 导)
热 流 体 T2
3 (3)管壁外侧 冷流体
d 0.053
例5-10？
(2)其它对流传热方式*
24
六.流体有相变时的对流传热
有相变
蒸汽冷凝 液体沸腾
25
蒸气冷凝时的对流传热 1、蒸汽冷凝方式 （1）膜状冷凝 （2）滴状冷凝
冷凝过程的热阻——冷凝液膜
26
27
热阻主要集中在冷凝液膜，膜 状冷凝液膜较滴状冷凝的厚。
热流方向
热流方向
滴 膜
解: 定性温度t=(150+250)/2=200oC，可查得该温度下空气的 物性数据：
0.0393W / (m o C ), 2.6 105 Pa s 0.746kg / m3 , C p 1.062kJ / (kg o C )
l / d 4 / 0.053 75.5 60
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四个特征数及其意义
1. 雷诺数Re：表征流体运动状态的影响。
2.努塞尔数Nu：
l Nu /l '
cP
α’相当于给热过程以纯导热方式进行时的传热系数，Nu 反映对流使传热系数增大的倍数。 3. 普朗特数Pr：
Pr
反映物性对给热过程的影响。气体的Pr值大都小 于1，液体Pr值常大于1。
A1
3
1. 对流传热分析
湍 流 边层流内层
缓冲层 湍流核心
热传导 热传导和对流 对流
对流传热是集热对流和热传导于一体的综 合现象。对流传热的热阻主要集中在层流内层， 因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的 主要途径。
5
二、对流传热速率方程式
C
D
B A
自然对流、核状沸腾、 膜状沸腾
水沸腾曲线
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C D
① t 5C —AB段 自然对流 液体轻微过热→自然对流→无气泡→ 很小 水沸腾曲线
A
B
② t 5 25 C —BC段 核状沸腾 局部产生气泡→气泡上升 →液体扰动→↑↑
③ t 25 C —CD段 膜状沸腾 C点：临界点 气泡增多 → 气泡产生速度>脱离表面的速度
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3.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。
30
七、液体沸腾时的对流传热（自学）
沸腾 管内沸腾 沸腾必要条件： 过热度 t =（t－ts）>0
大容器内沸腾
1、大容器饱和沸腾现象
存在汽化核心
推动力 （tw－ts） 沸腾三个阶段：
蒸汽冷凝、液体沸腾
al >ag， a相变 >a非相变
三、影响对流传热系数的因素
3.流体的流动状态 a湍流 >a层流 4.引起流动的原因 a强制对流 >a自然对流 5.流体温度 6.传热面的形状、位置和大小 形状：如管、板、管束等； 大小：如管径和管长等； 位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形 排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。
0.8 0.8
n 1 n
强化措施：
• u,u0.8
• d, 1/d0.2
• 流体物性的影响，选大的流体
19
思考：为什么加热时n取0.4，冷却时取0.3？
Nu 0.023Re Pr
0.8
情况 流体 液体 被加热
n
被冷却
层流底层温度高于平均温 度, 减小,层流底层变薄, 变大。Pr>1; Pr0.4>Pr0.3 层流底层温度高于平均温 度, 更大,层流底层更厚, 更小。Pr<1; Pr0.4<Pr0.3
蒸汽 ts
蒸汽 ts
28
Why
2. 影响冷凝传热的因素
（1）温差： 液膜层流流动时，t=ts－tW，冷凝速率 ，, （2）流体物性 冷凝液 , ；冷凝液,；潜热r , （3）蒸汽流速与流向 （u>10m/s ） 同向时， ；反向时， ； u （4）不凝气体 ： 不凝气体存在，导致 ，定期排放。 （5）冷凝壁面的影响： 沿冷凝液流动方向上液膜增厚，
简化假定：认为全部阻力都集中在厚度δ的有效膜内 故： 令：
热流体： 冷流体： 式中
Q St /
得：
Q St
牛顿冷却定律
Q 1S1 (T TW ) Q 2 S2 (tW t )
1 、 2 ── 热、冷流体的对流传热系数，
W/(m2· K)；膜系数 T 、TW、t、tW ── 热、冷流体的平均温度及 平均壁温，℃。
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无相变
五.无相变时对流传热系数的经验关联式 1）流体在圆形管内作强制湍流
0.8 n
n 0.4 被加热 Nu 0.023Re Pr （4-70） n 0.3 被冷却 适用范围： 光滑管, Re>104,0.7<Pr<120 思考： 充分发展段，即 L/di 60 与u、d有何比例关系？ 低粘度（<2水） 温差（tw-t）较小 u 0.8 0.2 t 进 t出 d 定性温度： t m 2 定性尺寸：管内径
简化：强制对流 Nu=f (Re, Pr) 使用准数关联式时注意： 1．确定物性参数数值的温度称为定性温度。 定性温度的取法：
(1)
2．特性尺寸
t1 t 2 tm 2
取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。管内强制对流传热，如为
圆管，特征尺寸取管径d；如非圆形管，通常取当量直径de de=4(流动截面)/润湿周边
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四个特征数及其意义
4.格拉晓夫数Gr
gTl l Gr gTl 2 2
3 2 2
2
自然对流的特征速度
un
gTl
Gr
l un
2 2
2
2
(Ren ) 2
显然，Gr是雷诺数的一个变形，它表征着自然对流的 影响。
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四、对流传热的特征数关系式
一般形式：Nu=f (Re, Pr, Gr)
自然对流 ： 200 ~ 1000 W / m2 K W / m2 K 强制对流 ： 1000 ~ 15000 2 蒸汽冷凝 ： 5000 ~ 15000 W / m K 2 水沸腾 ： 2500 ~ 25000 W / m K
水中
强制对流 ： 50 ~ 1500 W / m2 K 2 油类中 蒸汽冷凝 ： 500 ~ 2000 W / m K
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四、对流传热的特征数关系式
无相变时
f (u, l, , , C p , , gt )
变量总数：8个 基本因次4个：长度L，时间T，质量M，温度
根据π定律，无量纲特征数（8-4）=4
π定律 对于u个基本单位给出的q 个物理量，它们之间的关系 可以通过 q–u 个无量纲单位组合数组成一个函数式来
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d Nu cp Pr
注意事项：
t1 t 2 • 定性温度取 t m 2
• 特征尺寸为管内径di • 流体被加热时，n＝0.4；被冷却时，n＝0.3。
cp du 0.8 c p n u 0.023 ( ) ( ) 0.023 0.2 d d 0.8
新的、洁净的、粗糙的加热面，大 强化措施：将表面腐蚀，烧结金属粒
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气体
被冷 却情 况怎 样？
20
以下是对上面的公式进行修正：
高粘度
Re>10000，0.7<Pr<1700，l/d>60
定性温度取tm：除