化工原理第四章第五節(jié)講稿

第四章

傳熱一、對流傳熱系數(shù)的影響因素二、對流傳熱過程的因次分析三、流體無相變時的對流傳熱系數(shù)四、流體有相變時的對流傳熱系數(shù)第五節(jié)

對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式

2023/5/1一、對流傳熱系數(shù)的影響因素

1、流體的種類和相變化的情況

2、流體的物性1）導熱系數(shù)滯流內(nèi)層的溫度梯度一定時，流體的導熱系數(shù)愈大，對流傳熱系數(shù)也愈大。2）粘度流體的粘度愈大，對流傳熱系數(shù)愈低。3）比熱和密度2023/5/1ρcp：單位體積流體所具有的熱容量。ρcp值愈大，流體攜帶熱量的能力愈強，對流傳熱的強度愈強。（4）體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù)β值愈大，密度差愈大，有利于自然對流。對強制對流也有一定的影響。3、流體的溫度4、流體流動狀態(tài)

湍流的對流傳熱系數(shù)遠比滯流時的大。2023/5/15、流體流動的原因

強制對流：自然對流：由于外力的作用

由于流體內(nèi)部存在溫度差，使得各部分的流體密度不同，引起流體質點的位移單位體積的流體所受的浮力為：6、傳熱面的性狀、大小和位置

2023/5/1二、因次分析法在對流傳熱中的應用1、流體無相變時的強制對流傳熱過程列出影響該過程的物理量，并用一般函數(shù)關系表示：

確定無因次準數(shù)π的數(shù)目2023/5/1確定準數(shù)的形式(1)列出物理量的因次物理量因次物理量因次(2)選擇m個物理量作為i個無因次準數(shù)的共同物理量不能包括待求的物理量不能同時選用因次相同的物理量選擇的共同物理量中應包括該過程中所有的基本因次。2023/5/1選擇l、λ、μ、u作為三個無因次準數(shù)的共同物理量(3)因次分析將共同物理量與余下的物理量分別組成無因次準數(shù)對π1而言，實際因次為：2023/5/1——流體無相變時強制對流時的準數(shù)關系式2023/5/12、自然對流傳熱過程包括7個變量，涉及4個基本因次，——自然對流傳熱準數(shù)關系式2023/5/1準數(shù)的符號和意義準數(shù)名稱符號準數(shù)式意義努塞爾特準數(shù)（Nusselt）Nu表示對流傳熱的系數(shù)雷諾準數(shù)（Reynolds）Re確定流動狀態(tài)的準數(shù)普蘭特準數(shù)（Prandtl）Pr表示物性影響的準數(shù)格拉斯霍夫準數(shù)（Grashof）Gr表示自然對流影響的準數(shù)2023/5/13、應用準數(shù)關聯(lián)式應注意的問題1）定性溫度：各準數(shù)中的物理性質按什么溫度確定2）定性尺寸：Nu，Re數(shù)中L應如何選定。3）應用范圍：關聯(lián)式中Re,Pr等準數(shù)的數(shù)值范圍。2023/5/1三、流體無相變時的對流傳熱系數(shù)1、流體在管內(nèi)作強制對流1）流體在圓形直管內(nèi)作強制湍流a)低粘度（大約低于2倍常溫水的粘度）流體

當流體被加熱時n=0.4，流體被冷卻時，n=0.3。2023/5/1管長與管徑比

將計算所得的α乘以應用范圍：

定性尺寸：

Nu、Re等準數(shù)中的l取為管內(nèi)徑di。定性溫度：

取為流體進、出口溫度的算術平均值。b)高粘度的液體

為考慮熱流體方向的校正項。

2023/5/1

應用范圍：

定性尺寸：

取為管內(nèi)徑di。定性溫度：

除μw取壁溫以外，其余均取液體進、出口溫度的算術平均值。

2)流體在圓形直管內(nèi)作強制滯流

當管徑較小，流體與壁面間的溫度差較小，自然對流對強制滯流的傳熱的影響可以忽略時2023/5/1應用范圍：

定性尺寸：

管內(nèi)徑di。

定性溫度：

除μw取壁溫以外，其余均取液體進、出口溫度的算術平均值。

按上式計算出α后，再乘以一校正因子2023/5/13）流體在圓形直管內(nèi)呈過渡流對于Re=2300~10000時的過渡流范圍，先按湍流的公式計算α，然后再乘以校正系數(shù)f。

4）流體在彎管內(nèi)作強制對流

2023/5/15）流體在非圓形管中作強制對流對于非圓形管內(nèi)對流傳熱系數(shù)的計算，前面有關的經(jīng)驗式都適用，只是要將圓管內(nèi)徑改為當量直徑de。套管環(huán)隙中的對流傳熱，用水和空氣做實驗，所得的關聯(lián)式為：

應用范圍：Re=12000~220000，d1/d2=1.65~17

定性尺寸：

當量直徑de定性溫度：

流體進出口溫度的算術平均值。

2023/5/12、流體在管外強制對流2023/5/12023/5/11）流體在管束外強制垂直流動2023/5/1202臟3/4理/252023抽/4/2粥5流體在錯列管窗束外流過均時，平均對紡流傳熱系懂數(shù)流體在直列蛛管束外萌流過時，平均對碎流傳熱系米數(shù)應用范圍期：特征尺寸攝：管外徑do，流速取擁流體通閥過每排亭管子中圍最狹窄富通道處候的速度杜。其中痰錯列管葬距最狹鍵窄處的卵距離應熔在（x1-do）和2（t-do）兩者中令取小者咳。注意：管束排跨數(shù)應為錘10，插若不是園10時臨，計算碎結果應刃校正。202曠3/4騰/252）流盈體在換搏熱器的宣管間流泳動當管外裝踐有割去25%直徑的蜂圓缺形翼折流板總時，殼方的品對流傳蔥熱系數(shù)由關聯(lián)式族為：a)多諾呼(Dono煉hue)法2023翁/4/2爆5202穗3/4粘/252023栗/4/2處5應用范旅圍：Re=3～2秤×104定性尺寸微：管外徑do，流速取幻玉換熱器積中心附痰近管排江中最窄扣通道處葛的速度定性溫蠶度：除μw取壁溫覆以外，攻其余均績?nèi)∫后w棋進、出跌口溫度俯的算術框平均值槍。b)凱恩（Kern）法202喪3/4少/25應用范圍榮：Re=2×103~106定性尺眾寸：當量直徑de。定性溫嚇度：除μw取壁溫雁以外，劑其余均艙取液體逃進、出呀口溫度破的算術健平均值鞭。當量直堂徑可根饅據(jù)管子顧排列的苗情況別沉用不同套式子進最行計算濃：202乎3/4媽/25管子呈憲正方形悅排列時犬：管子呈三殊角形排列蓬時：管外流攔速可以炒根據(jù)流辦體流過吸的最大司截面積S計算2023葵/4/2金53、自盜然對流對于大好空間的申自然對顆流，比處如管道芹或傳熱邀設備的茫表面與序周圍大腎氣層之舞間的對替流傳熱吵，通過懂實驗側綁得的c,n的值在表臂4-9中賭。定性溫眾度：壁溫tw和流體殊進出口僅平均溫穿度的算舞術平均候值，膜俊溫。202翅3/4捎/254、提泳高對流破傳熱系選數(shù)的途蛛徑1）流體遮作湍流流專動時的傳住熱系數(shù)遠代大于層流拼時的傳熱準系數(shù)，并且Re↑，α↑，應力求直使流體煙在換熱綢器內(nèi)達隸到湍流山流動。2）湍流蟲時，圓形姐直管中的海對流傳熱囑系數(shù)202鞠3/4練/25α與流速的混0.8呈杏正比，與晌管徑的0上.2次方特呈反比，在流體阻行力允許的灣情況下，增大流速間比減小管慎徑對提高攤對流傳熱鉗系數(shù)的效鞏果更為顯概著。3）流伏體在換儀熱器管巡壽間流過陜時，在騾管外加輩流板的犧情況對流傳榜熱系數(shù)與流速的濾0.55宴次方成正真比，而與少當量直徑揚的0.4筐5次方成澇反比202令3/4蓬/25設置折流厲板提高流沖速和縮小壤管子的當雹量直徑，湯對加大對堪流傳熱系極數(shù)均有較政顯著的作猴用。4)思不論管遺內(nèi)還是捷管外，漸提高流u都能增過大對流枕傳熱系鞋數(shù)，但袋是增大u，流動阻謠力一般坐按流速堪的平方鉗增加，翅應根據(jù)具體寄情況選擇結最佳的流株速。5）除持增加流結速外，可在管內(nèi)茶裝置如麻序花鐵或選將用螺紋管鹽的方法，增加流敢體的湍攏動程度縮慧，對流傳熱嶺系數(shù)增大抽，但此時睡能耗增加廚。202亡3/4壞/25四、流體恢有相變時喂的對流傳慰熱系數(shù)1、蒸溝汽冷凝思時的對旬流傳熱慌系數(shù)1）蒸纖汽冷凝販的方式a)膜狀冷耍凝：若冷凝伯液能夠若浸潤壁駐面，在恒壁面上助形成一粥完整的手液膜b)滴狀冷凝亡：若冷凝液星體不能潤其濕壁面，烤由于表面揪張力的作酬用，冷凝越液在壁面接上形成許街多液滴，已并沿壁面敲落下2023葛/4/2肆52023抵/4/2騙52）膜狀余冷凝的賊傳熱系先數(shù)a)蒸汽在謎垂直管屢外或垂勞直平板蹄側的冷碧凝假設：①冷凝液交的物性櫻為常數(shù)桿，可取疑平均液疊膜溫度贈下的數(shù)蘭值。②一蒸汽盯冷凝成襖液體時劣所傳遞晌的熱量花，僅僅繞是冷凝危潛熱③蒸汽靜止般不動，對錄液膜無摩緩擦阻力。④冷凝液債膜成層桿流流動印，傳熱娛方式僅連為通過蜓液膜進敘行的熱懇傳導。2023呼/4/2贊5修正后定性尺寸惕：H取垂直管戰(zhàn)或板的高兇度。定性溫體度：蒸汽冷凝削潛熱r取其飽位和溫度t0下的值憑，其余械物性取鴨液膜平燈均溫度注。應用范圍連：202材3/4庸/25若用無保因次冷攝凝傳熱伏系數(shù)來填表示，亮可得：若膜層緩為湍流勿（Re＞倒180堪0）時滯流時，Re值增加欲，α減??；湍流時堅，Re值增加，α增大；202轎3/4麗/25202烘3/4瓦/25b)蒸汽在雀水平管殲外冷凝c)蒸汽在智水平管榮束外冷客凝202港3/4愁/253）影真響冷凝劑傳熱的癥因素a）冷凝液檢膜兩側罪的溫度品差△t當液膜呈自滯流流動泊時，若△t加大，則蒸汽鼻冷凝速率將增加，液踐膜厚度增狼厚，冷凝傳熱測系數(shù)降低川。b）流體物性液膜的找密度、福粘度及船導熱系椒數(shù)，蒸扯汽的冷戀凝潛熱習，都影芬響冷凝朵傳熱系活數(shù)。c)蒸汽的祖流速和踢流向蒸汽和勞液膜同向流殘動，厚富度減薄啟，使α增大；蒸汽和液檢膜逆向流動隙，α減小，摩擦力火超過液此膜重力跌時，紙液膜被普蒸汽吹錦離壁面刷，當蒸汽流超速增加，α急劇增旬大；202女3/4閣/25d)蒸汽中不筑凝氣體含狗量的影響蒸汽中桌含有空蟲氣或其轉它不凝繳氣體，壁面可歌能為氣體獲層所遮蓋崗，增加了放一層附加峽熱阻，使α急劇下降。e)冷凝壁沫面的影棚響若沿冷緣瑞凝液流段動方向傷積存的院液體增壁多，液壞膜增厚慘，使傳皂熱系數(shù)拘下降。例如管束，冷凝液面貿(mào)從上面各尿排流動下有面各排，謀使液膜逐仙漸增厚，夕因此下面管子拖的α要比上排貢的為低。冷凝面的緊表面情況巡壽對α影響也很粘大，若壁面粗醬糙不平或宗有氧化層棋，使膜層加芒厚，增加圾膜層阻力纏，α下降。202兼3/4鉛/252023或/4/2子52、液體環(huán)沸騰時的終對流傳熱剩系數(shù)液體沸魚騰大容積裳沸騰管內(nèi)沸菌騰1）沸騰癢曲線當溫度差辟較小時，液體磁內(nèi)部產(chǎn)生自然對狹流，α較小，且難隨溫度升射高較慢。當△t逐漸升北高，在加熱倉表面的局分部位置產(chǎn)跌生氣泡，盆該局部位系置稱為氣化核心。氣泡悼產(chǎn)生的碰速度△t隨上升而叮增加，α急劇增脂大。稱為泡核沸騰手或核狀沸恭騰。202已3/4礎/25202淹3/4姓/25當△t再增大，加熱面嘩的氣化捧核心數(shù)谷進一步尖增多，另且氣泡丹產(chǎn)生的湊速度大協(xié)于它脫邁離表面獅的速度舌，氣泡孩在脫離歷表面前伸連接起費來，形危成一層不穩(wěn)定紗的蒸汽鍵膜。當△t在增大閉，由于加熱弟面具有很葬高溫度，孟輻射的影告響愈來愈限顯著，α又隨之增員大，這段酬稱為穩(wěn)定的壯膜狀沸洽騰。由核狀沸駕騰向膜狀恒沸騰過渡奔的轉折點C稱為臨敞界點。臨界點拾所對應濱的溫差交、熱通障量、對犯流傳熱誦系數(shù)分線別稱為碗臨界溫鍋差，臨瘋界熱通丘量和臨剪界對流針傳熱系妨數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)幻玉中，一般叉應維持在納核狀沸個騰區(qū)域著內(nèi)操作。202翁3/4規(guī)/252）沸騰知傳熱系數(shù)映的計算式中：——壁面鴿過熱度。——對比側壓強2023匪/4/2學5應用條