8
§4-17 流体做强制对流时的
对流传热系数
一、流体在圆形直管内强制对流传热
经验关联式为： Nu 0.023Re0.8 prn
或


0.023
d

du
0.8
cp
n

使用范围： Re 104 0.6 pr 160
从分发展段以后： 管长与管径之比 l d 50
设ρ1、 ρ2 分Biblioteka 代表温度为t1、t2两点流体的密度，β
为其平均体积膨胀系数；
如果 t1< t2 , 则 ρ1=ρ2 （1+β△t）
单位体积流体所产生的升力为
(ρ1 - ρ2)g= ρ2 g β △t
α与流动的类型有关
火
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
L—传热面的特征尺寸 m
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
7
经验公式的应用应注意以下四点： 1、应用范围
2、定性尺寸（特性尺寸）
各准数Nu、Re及Gr中的特性尺寸l代表哪一个尺寸，应遵照 所选用的关联式中规定尺寸
影响α的因数很多
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
3
化工上常见的对流传热
强制对流传热 流体无相变化时
自然对流传热 流体有相变化时 蒸汽冷凝传热
液体沸腾传热
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
2
二、流体的流动型态：层流和湍流
层流：流体在热流方向上基本没有混合流动 α↓
湍流：有混合流动，Re↑层流内层厚度δ↓ α↑
三、流体的性质
对α影响较大的物性主要有 cp 、λ、μ和ρ
四、传热面的型状、大α小和位置
影响α值的有：传热管、板、管束等不同，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
定性尺寸： L取管内径 di
定性温度取流体进、出口温度的算术平均值
流体被加热时n=0.4；冷却时n=0.3
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
9
若使用条件不满足上述条件时，需修正：
（1）对于短管 当 l d 30 ~ 40 时 尚未从分发展，滞流内层较薄，热阻小
到热量传递过程。
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
1
§4-15 影响对流传热系数的因素
一、引起流动的原因
1 强制对流：通过外力对流体作功迫使流体流动 2 自然对流：由于流体内部存在温度差而引起的流动
0.14

0.95
层流 导热 自然对流 α↓ p226式5-65和式5-66
对流传热→要求强化→避免层流
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
10
（4）过渡流(Re=2000~10000) 因湍流不充分，滞流内层较厚，故热阻大而值减小，此
3、定性温度
确定准数中流体的物性参数cp、μ、ρ等所依据的温度 即为定性温度。
有的用流体进、出口温度的算术平均值
有的用膜温（即流体进、出口温度的算术平均值与壁面 温度平均值，再取两者的算术平均值）
主要取决于建立关联式时采用什么方法而定
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
5
1 cp pr
2 lu Re
流体物性对对流传热的影响
流体的流动状态和湍动程度对对流传热 的影响
3 l Nu 对流系数的准数
4
§4-16 因次分析在对流传热中的应
用
α值 实验测定
因数多 因次分析方法 无因次数群 再实验 确定关系
一、无相变化时强制湍流下的α
f l, , u, , c p , , 0
七个物理量四个基本因次（质量M、长度L、时间θ、温度T ）
π定理
3个无因次数群
1, 2 , 3 0
6
准数的符号与意义
准数名称
符号
准数式
意义
努塞尔特准数
Nusselt
Nu
L/
表示对流传热 系数的准数
雷诺准数 Reynolds
Re
Lu/
确定流动状态 的准数
普兰特准数
Prandtl
Pr
cp /
表示物性影响 的准数
格拉斯霍夫准数 Grashof
Gr
g△tL3 2/2
表示自然对流 影响的准数
Nu f pr , Re
二、无相变化时自然对流下的α
Nu pr
Gr

gtl 3 2 2
自然对流对对流传热的影响
Nu f pr ,Gr
准数关联式是一种经验公式
Department of Chemical and Environmental Engineering CTGU Lai Qingke
乘以1.02~1.07的系数加以修正
（2）壁温与主体温度相差较大
考虑壁温对粘度的影响
N u 0.027Re0.8 pr 0.33
在壁温未知的情况下 近似计算
当液体被加热时

w
0.14


1.05
w
0.14
（3）管内层流
当液体被冷却时

w
第四节 对流与对流传热系数
的获得主要有三种方法：
1．理论分析法：
建立理论方程式，用数学分析的方法求出的精确 解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简 单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等。
2．实验方法* ： 用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。
3．类比方法： 把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比