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对流传热是指流动流体与固体壁面的热量传递过程,故对流传热与流体的流动状况密切相关。
对流传热包括强制对流(层流和湍流)、自然对流、蒸汽冷凝和液体沸腾等形式的传热过程。它们的机理各不相同。对强制湍流的情况分析如下。
当湍流的流体经固体壁面时,将形成湍流边界层,边界层由邻近避免处的层流内层、离开壁面一定距离处的缓冲层和湍流核心三部分组成。假定壁面温度高于流体温度。热流便有壁面流向流体中。在层流内层中,由于在传热方向上并不发生流体质点的移动和混合,因此其传热方式是热传导。因流体的导热系数较小,虽然该层很薄,但热阻很大,故通过该层的温度差较大。在缓冲层内,热对流和热传导均起作用,该层内温度发生缓慢的变化。在湍流主体中,由于流体质点在传热方向上移动和混合,传热主要是热对流方式。在湍流主体中温度较为均匀,热阻较小。
由上分析可知,流体流经间壁的传热是一复杂传热过程,它包括湍流主体的热对流及层流内层的热传导,由于层流内层厚度和温度均难测定,且随流速变化,因此通常将两者合并处理,仍称为对流传热,对流传热的热阻集中在层流内层,因此设法减薄层流内层的厚度是强对流传热的主要途径。
对于纯饱和蒸汽的冷凝传热,热阻集中在冷凝液膜中,蒸汽相内温度均匀,不存在热阻。因此凡有利减薄液层厚度的因素,都可强化冷凝传热。对于沸腾传热,极力复杂,壁面结构的影响较大,其基本过程是避免对液体的对流传热,生成的气泡对液体的扰动是强化传热的关键,即加强气泡的生成速率,可增强沸腾传热。
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