化工原理上考研精品課程對(duì)流傳熱

1、化工原理上考研精品課程對(duì)流傳熱第1頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二第2頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二4.3.1 對(duì)流傳熱分析（1）流體主流：由于流體內(nèi)漩渦叢生，流體各部分激烈混合，所以傳熱熱阻很小，橫向（徑向）的溫度趨于一致；（2）層流底層：傳熱以導(dǎo)熱方式進(jìn)行的，流體膜雖薄，卻是對(duì)流傳熱的主要熱阻所在，溫度降也主要集中在層流底層中。溫度分布為一直線；（3） 過(guò)渡區(qū)：溫度分布為一曲線第3頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二4.3.2 對(duì)流傳熱的分類無(wú)相變強(qiáng)制對(duì)流流體在外力作用下強(qiáng)制流動(dòng)引起的傳熱 自然對(duì)流流體內(nèi)部存在溫度差而產(chǎn)

2、生內(nèi)循環(huán) 有相變 蒸汽冷凝傳熱液體沸騰傳熱設(shè)a處密度為，b處的密度為a、b兩點(diǎn)的壓力差環(huán)流速度：第4頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二4.3.3 對(duì)流傳熱速率方程（牛頓冷卻定律）流體假設(shè)：（1）熱流體溫度T和固體壁面溫度TW之差全部集中在厚度t的有效膜層內(nèi)；（2）穿過(guò)有效膜的傳熱方式僅為熱傳導(dǎo)。第5頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二根據(jù)傅立葉定律，有：熱流體被冷卻，從熱流體主體向固體壁面的對(duì)流傳熱。冷流體被加熱，從固體壁面向冷流體主體的對(duì)流傳熱。上兩式稱為對(duì)流傳熱速率方程，也稱為牛頓冷卻定律第6頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二

3、常見(jiàn)流體流動(dòng)類型的大致范圍 傳熱類型/ W(m2K)-1傳熱類型/ W(m2K)-1空氣自然對(duì)流空氣強(qiáng)制對(duì)流水自然對(duì)流水強(qiáng)制對(duì)流有機(jī)液體強(qiáng)制對(duì)流525303002001000100080005001500水蒸氣冷凝有機(jī)蒸汽冷凝水沸騰有機(jī)物沸騰500015000500300015003000050015000第7頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二4.3.4 影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素流體類型與物性：，C流體的流動(dòng)狀態(tài) ：湍流、層流 、過(guò)渡流傳熱面特性尺寸：形狀（如圓管、平板、管束）、大小（如管長(zhǎng)l、管徑d等）以及位置等對(duì)流流動(dòng)的起因 ：強(qiáng)制對(duì)流：流速u；自然對(duì)流：浮升力gt流體

4、的相變化：蒸汽的冷凝，液體的沸騰等； 有相變的值比無(wú)相變時(shí)大很多 獲得的主要方法：理論分析法 解析求解、數(shù)值求解實(shí)驗(yàn)法： 半理論半經(jīng)驗(yàn)方法，是目前的主要方法。第8頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二無(wú)相變時(shí)變量8個(gè)，基本因次4個(gè)，由定理無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)n=8-4=4個(gè)定理：基本因次有4個(gè)：長(zhǎng)度m，時(shí)間s，質(zhì)量kg，溫度K無(wú)相變時(shí)變量數(shù)有8個(gè)：第9頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二準(zhǔn)數(shù)的物理意義注意：a. 應(yīng)用范圍：各準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式都有一定適用范圍（實(shí)驗(yàn)范圍），外推是不可靠的；b. 定性溫度：流體和傳熱面的溫度是沿程變化的，流體物性也是變化的； c. 特性尺寸：傳

5、熱面幾何因素有時(shí)很復(fù)雜，選取起決定作用的幾何參數(shù)作特征尺寸。 準(zhǔn)數(shù)名稱符 號(hào) 意義 努塞爾準(zhǔn)數(shù)(Nusselt number)表示對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)(Reynolds number)表示流體的流動(dòng)狀態(tài)和湍動(dòng)程度對(duì)對(duì)流傳熱的影響普蘭特準(zhǔn)數(shù)(Prandtl number)表示流體物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)(Grashof number)表示自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響第10頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二4.3.5 對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式1、流體在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流n 0.4-流體被加熱0.3-流體被冷卻討論：（a）適用范圍：Re104,0.7Pr160，低粘度；特性

6、尺寸：管內(nèi)徑d； 定性溫度：流體平均溫度，t=(t1+t2)/2,T=(T1+T2)/2；一、流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)(1)、流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流（b）高粘度流體：第11頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二(2)、流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制過(guò)渡流(3)、流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流即：當(dāng)壁溫不好測(cè)量時(shí),取第12頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二R圓形彎管的曲率半徑(4)、流體在圓形彎管內(nèi)的流動(dòng)(5)、流體在非圓形直彎管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流第13頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二2、管外強(qiáng)制對(duì)流流體在管外垂直流過(guò)時(shí)的傳熱系數(shù)沿管表面的變化 工業(yè)

7、上常見(jiàn)的是在換熱器內(nèi)流體橫向流過(guò)管束的情況(1)直列 (2)正三角形錯(cuò)列 (3)正方形錯(cuò)列 第14頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二（2）、流體在管束外強(qiáng)制對(duì)流式中常數(shù)c、n與管束的排列方式、管子所在位置有關(guān)。整個(gè)管束的平均傳熱系數(shù)為：式中：定性溫度為流體平均溫度；定性尺寸為管外徑；流速取垂直于流動(dòng)方向最窄處的流速。（1）、流體在單管外強(qiáng)制對(duì)流當(dāng)Re=8103時(shí) 當(dāng)Re1032105時(shí) 第15頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二（3）、換熱器殼程的傳熱 ( 殼層是圓筒狀，各排的管數(shù)不同。換熱器內(nèi)裝有圓缺擋板，大部分是橫向流過(guò)管束，但在繞過(guò)析流檔板時(shí)，變

8、更了流向，不垂直于管束。 )上式中，特性溫度除w取壁溫外，其余均取流體平均溫度。特性尺寸采用當(dāng)量直徑de 。管子為正方形直列時(shí)：管子為三角形錯(cuò)列時(shí)：流速u按最大流通截面A計(jì)算： 常用的列管換熱器，大多裝有折流擋板，各排的管數(shù)不同。第16頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二3、自然對(duì)流的傳熱系數(shù) (大型冷庫(kù)內(nèi)冷卻蛇管)定性溫度取壁溫tW與流體平均溫度tm的平均值，稱為膜溫；定性尺寸根據(jù)情況決定。C和n可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。 第17頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二二、 有相變時(shí)的對(duì)流傳熱1、蒸汽冷凝的對(duì)流傳熱（1）膜狀冷凝與滴狀冷凝傳熱推動(dòng)力：t=ts - t

9、W工業(yè)上應(yīng)用較多的是膜狀冷凝根據(jù)傅立葉定律：（2）蒸汽冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)蒸汽在水平管外冷凝蒸汽在垂直管外冷凝第18頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二（3）影響冷凝傳熱因素及強(qiáng)化傳熱方法 不凝性氣體的存在，使傳熱系數(shù)降低。在冷凝器上方應(yīng)設(shè)有排氣口。 過(guò)熱蒸汽的冷凝：推動(dòng)力仍為 t=ts-tW 冷凝潛熱 蒸汽的流向及流速：影響液膜的厚度。蒸汽入口設(shè)在換熱器的上方 強(qiáng)化傳熱的基本方法：有效減小液膜的厚度、第19頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二2、液體沸騰沸騰傳熱的推動(dòng)力為：t=tw-ts兩種沸騰：管內(nèi)沸騰和大容積沸騰（1）沸騰現(xiàn)象：沸騰的條件：過(guò)熱度t=t

10、w-ts汽化核心氣泡易在凹縫中產(chǎn)生。產(chǎn)生的氣泡不斷生成、長(zhǎng)大、脫離加熱面，使沸騰傳熱系數(shù)大大加大。核狀沸騰好，工業(yè)上采用。（2）影響沸騰傳熱的因素： 液體的性質(zhì)：表面張力，cp 加熱表面的粗糙情況和表面物理性質(zhì) 操作壓強(qiáng)和溫度差第20頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，星期二（3） 沸騰傳熱的計(jì)算式中：A和B通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，不同表面與液體的組合其值不同； t=tw-ts tw 壁溫 ts 蒸汽的飽和溫度。（4） 沸騰傳熱過(guò)程的強(qiáng)化 液體物性： 和增大， 和減小，有利于沸騰傳熱； 加入少量的某種添加劑以改變沸騰液體的表面張力 ； 加熱面狀況：表面粗糙，孔膜多，可提供較多的汽化核心； 溫度差和壓力：過(guò)熱度tW-ts愈大，或tW-ts恒定提高壓差，有利沸騰傳熱。第21頁(yè)，共22頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)32分，