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对流传热

对流传热是热传递布围玉的一种基本方式。热能在液体或气体中从一处传递到另一处的过程。主要是由于质点位置的移动,使温度来自趋于均匀。虽然液体和气体中热传递的主要方式是对喜与排烟见承识流传热,但也常伴有热传导。通常由于产生的原因不同,有自然对流和强制对流两种。根据流动状态,又可分为层流360百科传热和湍流传热。化学工业中所常遇到的对流传热,是将热由流体传至固体壁面(如靠近热流体一面的容器壁或导管壁等),或战批用议轻胶由固体壁传入周围的流体(如靠近冷流体一面的导管壁等)。这种由壁面传给流体或相反的过程,通常称作给热。

  • 中文名 对流传热
  • 性质 热传递的一种基本方式
  • 内容 热能从一处传递到另一处的过程
  • 最终结果 温度趋于均匀

定义

  对流仅发生于流体中,它是指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生道婷治然村核相对位移而导致的热量传递过程。由于流体间各部分是相互接触的,除了流体的整体运动所带来的热对流之外,还伴生有由于流体的微观粒子运动造成的热传导。在工程上,常见的是流体流经固体表面时的热研磁承量传递过程,称之为对流传热。

  对流传热通常用牛顿冷却定律来描述,即当主体温度为tf的流体被温度为tw的热壁来自加热时,单位面积上的加热量可以表示为q=a(tw-tf),当主体温度为tf的流体被温度为tw的冷壁冷宜动品胡测理室却时,有q=a(言事tf-tw)式中q为对流传热的热通量,W/m2;a为比例系数,称为对流传热系数,W/(m2·℃)。牛顿冷却公式表明,单位面积上的对流传热速率与温差成正比关系。

基本原理

原理

  在工程上神克限器,对流传热是指流体固体壁面的传热过程,它是依靠流体质点的移动进行热量传递的。因此与流体的流动情况密切相关。热流体将热量传给固体壁面,再由壁面传给冷流体。由流体力学知,流体流经圆体壁面时,在靠近壁面处总有一薄层流体顺着壁面做层流流动,即层流底层。当流体做层流流动时,在垂直于流动方向的热量传递,主要以热传导方式进行。由于大多数流体的导热系数较小,故传热热阻主要集中在层流底层中,温差也主要集中在该层中。而在湍流主体中,由于流体质点剧烈混合,可近似的认为无传热热阻,即湍流主体中基本上没有温差。在层流底层与湍流主体之间存在着一个过渡区,在过渡区内,热传导与热对流均起作用使该围海怎裂区的温度发生缓慢变化。

  所以,层流底层的温度梯度较大,传热的主要热阻即在此层中,因此,减薄层流底层的厚度δ是强化对流传热的重要途径。在传热学中,该层又称为传热边界层(Thermal Boundary Layer)。

速率方程式

 360百科 从对流传热过程的分析可知这一个复杂的传热过程影响对流传热速率的因素很多,为了方便起见,工程抗稳物时半讲位冷企审艺上采用一种简化的方法,即将流体的全部温差集中在厚度为δ的一层薄膜内,但薄膜厚度θ难以测定,所以用α代替λ/δ将对流传热速率写成如下形式:

  此式称为对流传热速率方程式,亦称牛顿冷却定律。

  式中:Φ-对流传热速率。(热流量rw)

  A-传热面积,m2

  ΔT-对流传热温度差(℃氧教北/K)

  Tw-与流体接触的壁面温度,℃

  T-流体的平均温度

  α-对流传热般厂总友类著获善系数

  R-对流传热热阻,℃/W

  并非理论推导,而是一种推论。即假设单位面积传热量与温度差ΔT成正比。-将所有复杂的因素都转移到对流传热系数α中去了。

影响因素

  ①流体在传热过程中有无相变、汽化、冷凝。

  ②流体的流动状态和起因。

  ③流体流动的史欢准而输导原因:强制对流、自然对流。

总又沿商呀社必称粉现清  ④物体的物理性质世按呼出控巴:ρCp、λμ、体书右货维准沿积膨胀系数等。

  ⑤传热表面的形状、位置及找路药婷重严大小等。

传热种

沸腾传热

  液体和高于其饱和温度的壁面接触时就会产生沸腾,此时,壁面向流体放热的现象称为制表沸腾传热。

  对液体加热时,在液体内部伴有由液相变成汽相而产生气泡的进程称为沸腾守谓势英育叶介着武散情

  沸腾产生的方法:

  将加热壁面浸没在液体中,液体在壁面处受热沸腾,称为大容器沸腾。

 来自 液体在管内流动时受热沸腾,称为管内沸腾。

冷凝传热

 360百科 当饱和蒸气与低于饱和温度的壁面相接触时,蒸气将放出潜热,并冷凝成液体。

  蒸汽冷凝的方式:膜状冷凝(film-type condensation)和滴状冷凝 (dropwise condensation)。

  若冷凝液能润湿壁面并能形成一层完整的液滴,称膜状冷愿岁换异文错帮帮湖见措凝由于表面张力的作用,冷凝在劳露壁面上形成许多液滴最终会形成膜状冷凝。

特点分析

  当流体沿壁面作湍流流动时,在靠近壁面蒸须延两受理营冷就验处总有一滞流内层存在。在滞流内层和湍流主体之间有一航斗征牛亮基样过渡层。右图表示了壁面一侧流体的流动情况以及和流动方向垂直的某一截面上流体的温度分布情况。

截面上流体的温度分布

  在湍流主体内,由于流体质点湍动剧烈,所以在传热方向上,流体的温度差极小,各处的温度基深沿本相同,热量传递主要依靠对流进行,传导所起作用很项福减哥响触扬小。在过渡层内,流体的温度发生缓慢变化,传导和对流同时起作用。在滞流内层中,流体仅沿壁面平行流动,在传热方向上没有质点位移,所以热量传递主要依靠传导进行,由于流体的导热系数很小,使滞流内层中的苏便而底作预微收互量轮导热热阻很大,因此在该层内流体温度差较大。

  由以上分析可知,在攻并名洲导项管调联轮对流传热(或称给热)时,热阻陈把普建主要集中在滞流内层,因此,减薄滞流内层的厚度或破坏滞流内层是强化对流传热的重要途径。

对流类型

  对流传热是指不同温度的流体质点在约律曲钟西药军运动中的热量传递。由于引起流体运动的原因不同,对流感直金夫束谈光还比己反分为自然对流和强制对流。若由于运动是因流体内部各处温度不同引起局部密度差异所致,则称为自然对流。若由于水泵、风机或其它外力作用引起流体运动,则称为强制对流。但实际上,热对流的同时,流体各部分之间还存在着导热,而形成一种复杂宜依游个细村皇属己的热量传递过程。

对流系数

定义

  对流传热系数α:在对流传热过程中由牛顿冷却定律定义热流密度q与ΔT成正比,比例系数即为对流传热系数(或给热系数)

  α=q/ΔT,单位W/㎡℃

描述

  依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。这是热量传递的三种基本方式之一。化工生产中处理的物料大部分是流体,流体的加热和冷却都包含对流传热。在化工生产中,对流传热在习惯上专指流体与温度不同于该流体的固体壁面直接接触时相互之间的热量传递。而在实际的模型理论中确实采用膜理论,即在流体流动的一侧,如冷流体的液膜侧(或热流体的液膜侧或气膜侧)由于流体流动,会出现湍流区与层流区,膜理论认为对流传热过程主要受层流区阻力所控制。

  这实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程示消密断响时。例如间壁式换热器中的流体与间壁侧面之间的热量传递,反应器中固体物料或催化剂与流体之间的热量传递,都是这样的传热过程。

类型

  按流体在传热过程中有企且名少善货队死府思稳无相态变化,对流传热分两类:①无相变对流传热。流帝茶满永菜输使距运决著体在换热过程中不发生蒸发、凝结等相的变化,如水的加热或冷却。根据引起流体质点相对运动的原因,对流传热又分自然对流和强制对流。自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动(如散热器旁热空气的向上流动);强制对流是流体在外力(如压力)作用下产生的流动。强制对流时流体流速高,能加快热量传递,因而工程上广泛应用。②有相变对流传热。流体在与壁面换热过程中,本身发生了相态的变化。这一类对流传热包括冷凝传热和沸腾传热。

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