1doc对流换热.docx

1doc对流换热.docx

《1doc对流换热.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1doc对流换热.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1doc对流换热

1.3.6对流传热系数关联式

对流传热系数的影响因素

h=f（物性、流动状态、温度、边界状况）

1）流体的种类和相变化的情况

换热方式

空气自然对流

气体强制对流

水自然对流

水强制对流

水蒸气冷凝

有机蒸气冷凝

水沸腾

w/（m2﹒oC）

5～26

20～100

20～1000

1000～15000

5000～15000

500～2000

2500～25000

1.3.6对流传热系数关联式

2）流体的物性

•导热系数大，h大；

•粘度大，h小；

•比热和密度Cp大，h大；

•体积膨胀系数大，h大。

3）流体的温度

流体物性、附加自然对流

4）流体的流动状态

滞流小、湍流大

1.3.6对流传热系数关联式

）流体流动的原因

自然对流小、强制对流大

6）传热面的形状、位置和大小

形状：

管、板、环隙、翅片等

位置：

水平、垂直、管束的排列方式

大小：

管径、管长、板高、进口效应

1.3.7应用准数关联式应注意的问题

a定性温度

b特征尺寸

c特征流速

d应用条件

1.3.7.1特征尺寸特征流速和定性温度的确定

特征参数是流场的代表性的数值，分别表征了流场的几何特征、流动特征和换热特征。

特征尺寸，它反映了流场的几何特征，对于不同的流场特征尺寸的选择是不同的。

流体平行流过平板：

流动方向上的长度尺寸；

管内流体流动：

垂直于流动方向的管内直径；

流体绕流圆柱体流动：

流动方向上的圆柱体外直径。

非圆管：

取当量直径＝4流动截面积/传热周边长

1.3.7.1特征尺寸、特征流速和定性温度的确定

特征流速，它反映了流体流场的流动特征。

流体流过平板：

来流速度；

流体管内流动：

管子截面上的平均流速；

流体绕流圆柱体流动：

来流速度。

定性温度，无量纲准则中的物性量是温度的函数，确定物性量数值的温度称为定性温度。

外部流动：

来流流体温度和固体壁面温度的算术平均值，称为膜温度；

内部流动：

管内流体进出口温度的平均值（算术平均值或对数平均值）.

1.3.8对流传热膜系数（无相变）

1.3.8.1低粘度流体在管内强制湍流传热：

Dittus-Blelter

当液体被加热：

n=0.4

液体被冷却：

n=0.3

气体被加热或冷却：

n=0.4

1.3.8.1低粘度流体在管内强制湍流传热：

式的适用范围

4）要求管长与管径之比，l/d>60。

如果l/d＜60，由于入口处的影响使α增加较多，可将

α×【1+（d/l）0.7】进行修正。

5）用于粘度小于2倍水的粘度的流体。

6）定性温度：

液体进出口温度的算术平均值;

7）特征尺寸:

管内径。

1.3.8.2高粘度流体在管内强制湍流传热：

b、高粘度流体

Nu=0.027Re0.8Pr0.33（μ／μw）0.14

μ:

液体在主体平均温度下的粘度

μw：

液体在壁温下的粘度

其中（μ/μw）0.14一项是考虑热流方向影响的校正项。

在工程计算时，

液体加热（μ/μw）0.14=1.05，

液体被冷却时（μ/μw）0.14=0.95

1.3.8.2高粘度流体在管内强制湍流传热：

由于滞流内层的厚度粘度随热流方向的不同而不同，液体被加热时，滞流内层的温度比主体温度高，又粘度反比于温度，因此滞流内层厚度减薄，致使对流传热系数增大。

液体被冷却时，情况相反，对于液体Pr>1即Pr0.4>Pr0.3.因此加热时n=0.4。

1.3.8.3流体在管外的强制对流

单根园管、管束

1.3.8.3.1流体在管束外强制垂直流动

管束的排列方式：

直列

错列正三角形、等边三角形

流体在错列管束外流过时，平均传热系数由下式计算

流体在直列管束外流过时，平均传热系数由下式计算：

1.3.8.3.1流体在管束外强制垂直流动

应用范围：

Re>3000，

特征尺寸：

管外径do，流速取最小流通截面速度。

管排数为10，不是10排时应进行校正。

（二）流体在换热器的管间流动

圆环圆盘折流板

1.3.8.4液体有相变时的对流传热系数

1.3.8.4.1蒸气冷凝

化工生产中多见的相变给热是液体受热沸腾和饱和水蒸气的冷凝。

膜状冷凝:

若冷凝液能够润湿壁面，则在壁面上形成一层完整的液膜，故称为膜状冷凝。

滴状冷凝：

若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此种冷凝称为滴状冷凝。

1.3.8.4.1蒸气冷凝

1）竖直平壁：

式中：

l―管长，m;

λρμ―分别为膜温下凝液的导热系数W/（m.℃）,密度,kg/m3;和粘度（Pa.s）

γ―冷凝潜热,J/kg;

△t―饱和蒸汽温度与壁面温度的差值。

其中，冷凝潜热按膜温tb查取，其余物性按液膜温度

tL查取。

tL=（tb+tw）/2

2）倾斜平壁：

3）单根水平园管；

注意：

上述公式只适用于滞流情况

4）蒸气在水平管束外的冷凝

对流传热系数仍可用上式计算，但特征尺寸该为n2/3do,n为水平管束垂直列上的管子数。

在列管式冷凝器中，若管束由互相平行的二列管子所组成，一般各列管子在垂直方向的管数不相等，若分别为n1,n2,n3,…则

5）蒸气在垂直管内、外或垂直平板侧的冷凝

若膜层为滞流Re<1800时

h＝1.13（gρ２λ３r/μLΔt）0.25

若膜层为湍流Re>1800时

h=0.0077（gρ２λ３／μ２）0.33Re0.4

特征尺寸:

l取垂直管或板的高度。

定性温度：

蒸气冷凝潜热r取饱和温度ts下的值，其余物性取液膜平均温度tm=0.5（ts+tw）下的值。

6）影响冷凝传热的因素

⑴液膜两侧温差

液膜呈滞流时：

△t↑→冷凝速率↑→δ↑→h↓

6）影响冷凝传热的因素

⑸过热蒸气

把前面计算式中的潜热改为过热蒸汽与饱和液的焓差,则可用前述饱和蒸汽的公式来计算

⑹冷凝壁面的影响

如果系统密封良好,则凝结侧热阻很小.强化膜状凝结传热的基本原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度.可用各种带有尖锋的表面使其上冷凝的液膜减薄,并使得凝结的液体尽快排掉.

工程上可以采用低肋管或各种类型锯齿管等等.

1.3.8.5液体沸腾

液体通过固体壁面被加热的对流传热过程中，若伴有液相变为气相，即在液相内部产生气泡或气膜的过程称为液体沸腾，又称沸腾传热。

液体沸腾的情况因固体壁面温度tw与液体饱和温度ts之间的差值而变化，如图为水的沸腾曲线：

沸腾曲线：

沸腾随加热面温度与液体饱和温度差而变。

当温差较小时，加热面上的液体仅产生自然对流在液体表面蒸发，如图中AB段曲线；当Δt逐渐增高时，由于气泡的产生、脱离和上升对液体剧烈扰动，此段情况称为泡核沸腾，如BC段曲线；

图4-9水的沸腾曲线

继续增大Δt时，产生的气泡大大增多且产生的速度大于脱离加热表面的速度，形成一层不稳定的水蒸气膜，气膜的附加热阻使q和α均急剧下降，传热面几乎全部被气膜覆盖称为膜状沸腾。

Δt<5℃）自然对流→（Δt=5℃~25℃）泡核沸腾

→（Δt>25℃）膜状沸腾

工业上的液体沸腾：

①将加热壁面浸没在液体中，液体在壁面处受热沸腾，称为大容积沸腾；

②液体在管内流动时受热沸腾，称为管内沸腾。

Δt<5℃）自然对流→（Δt=5℃-25℃）泡核沸腾→（Δt>25℃）膜状沸腾

表2—3常见流体的表面传热系数大致范围