第四章對流受熱面的傳熱

1、整理ppt第四章第四章 對流受熱面的傳熱計算對流受熱面的傳熱計算 整理ppt4-1 基本方程式基本方程式一、對流受熱面一、對流受熱面是指爐膛出口后煙氣行程中所有用來交換煙氣熱是指爐膛出口后煙氣行程中所有用來交換煙氣熱量的受熱面。量的受熱面。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）對流傳熱方式為主）對流傳熱方式為主（2）由于煙氣中含有三原子氣體及飛灰，）由于煙氣中含有三原子氣體及飛灰，受熱受熱面還接受煙氣的輻射放熱。為一復(fù)合傳熱過程。面還接受煙氣的輻射放熱。為一復(fù)合傳熱過程。（3 3）布置在爐膛出口處的對流受熱面還直接受來）布置在爐膛出口處的對流受熱面還直接受來自爐膛的輻射熱自爐膛的輻射熱 。整理ppt 一、傳熱基本

2、方程式 傳熱方程：jcrBtKHQ 除以jB表示以每 kg 計算燃料為基礎(chǔ)。 熱平衡方程： 煙氣側(cè) 0 lfrpIIIQ 工質(zhì)側(cè) fjrpQBiiDQ 整理ppt4-2 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程：傳熱過程：三個串聯(lián)環(huán)節(jié)三個串聯(lián)環(huán)節(jié)（1）從熱流體（煙氣）到壁面高溫側(cè)的熱量）從熱流體（煙氣）到壁面高溫側(cè)的熱量傳遞。由于積灰，管外壁上有灰層，實際上傳遞。由于積灰，管外壁上有灰層，實際上是熱流體向灰層外表面放熱。是熱流體向灰層外表面放熱。（2）從壁面高溫側(cè)向低溫側(cè)的熱量傳遞。）從壁面高溫側(cè)向低溫側(cè)的熱量傳遞。（3）從壁面低溫側(cè)向冷流體的熱量傳遞。由）從壁面低溫側(cè)向冷流體的熱量傳遞。

3、由于有結(jié)垢，實際上是垢層由表面對冷流體的于有結(jié)垢，實際上是垢層由表面對冷流體的放熱。放熱。整理ppt即，輻射對流熱煙氣外壁導(dǎo)熱內(nèi)壁對流工質(zhì) 煙氣對灰層外表面的對流傳熱量 110bddttldQ即牛頓冷卻公式 我們知道，輻射傳熱量與兩物體溫度四次方之差成正比。為了方便， 把高溫?zé)煔鈱覍油獗砻娴妮椛浞艧嵋矊懟蚺ｎD冷卻公式的形式，即 010ttldQff 整理ppt總放熱量 110bfdfdttldQQQ 1101bttld 0d灰層外表面直徑 1t煙氣平均溫度 1bt灰層外表層溫度 整理ppt整理pptldttQb0111ldttQbbhh121ldttQbbmm232ldttQbbgg323l

4、dttQb4222整理ppt說明各符號的意義，注意：說明各符號的意義，注意：d1, d2, d3, 為平均直徑，整理得：為平均直徑，整理得： 402302010102111ddddddddldQttggmmhh以灰層外表作為計算基礎(chǔ)的圓管傳熱系數(shù)以灰層外表作為計算基礎(chǔ)的圓管傳熱系數(shù)K為為 4023020101111ddddddddKggmmhh同樣可得到按垢層內(nèi)表面為計算基礎(chǔ)的傳熱系數(shù) K 2342414041111ddddddddKggmmhh整理ppt分析與說明：分析與說明： （1）KK 即理論上傳熱系數(shù)的數(shù)值與計算面積有關(guān)。于是傳熱量的數(shù)值也計算面積有關(guān)。所以在傳熱計算時必須搞清二者的關(guān)

5、系。 （2） 由于一般鍋爐的工質(zhì)經(jīng)過嚴(yán)格水處理及運(yùn)行的煮爐情況，水垢較少或無水垢，即 0 ，nddd43（管內(nèi)徑） （3）由于金屬的導(dǎo)熱系數(shù)較大，金屬的熱阻可忽略不計，即 0mm。 （4）管外壁雖有積灰，但一般灰層較薄，即 ddd10（管外徑） 。 整理ppt（5）計算表明，無論何種情況，采用平壁傳熱系數(shù)的計算公式來代替上面的計算公式， 即認(rèn)為 1ndd， 所引起的計算誤差不大。 但是，傳熱量的數(shù)值受計算傳熱面積的影響仍很大。實際中，任何情況可以認(rèn)為：21111KKhh以平壁代圓管 (a)當(dāng)管壁兩側(cè)的放熱系數(shù)相差很大時，以放熱系數(shù)小的側(cè)當(dāng)管壁兩側(cè)的放熱系數(shù)相差很大時，以放熱系數(shù)小的側(cè)面積作為計

6、算傳熱面積。面積作為計算傳熱面積。( (b)b)當(dāng)兩側(cè)的放熱系數(shù)相當(dāng)時，以內(nèi)、外壁的表面積的算當(dāng)兩側(cè)的放熱系數(shù)相當(dāng)時，以內(nèi)、外壁的表面積的算術(shù)平均值作為計算傳熱面積。術(shù)平均值作為計算傳熱面積。 整理ppt（ 6） 理 論 上 ，1為 煙 氣 對 灰 層 外 表 面 的 放 熱 系 數(shù) ， 即 應(yīng) 以h1代 替1。 綜 合 上 述 ， 傳 熱 系 數(shù) 可 一 般 性 地 表 示 為 21111hhK 盡 管 如 此 ， 實 際 中 ， 上 式 直 接 由 于 確 定 傳 熱 系 數(shù) 仍 有 困 難 。須 由 實 驗 確 定 K 的 大 小 。 整理ppt實用的傳熱系數(shù)計算式實用的傳熱系數(shù)計算式

7、燃用固體燃料，管束錯列布置時 21111K 污染系數(shù) 1對流式過熱器對流式過熱器整理ppt燃用固體燃料，管束順列布置，以及燃用氣體和液體燃料時 21111K 熱有效系數(shù) 整理ppt2省煤器，真流鍋爐的過渡區(qū)，蒸發(fā)受熱面等，燃用固體燃料，管束錯列布置時 111K 燃用固體燃料，管束順列布置及燃用氣體和液體燃料時 1K 對于凝渣管和小型鍋爐的鍋爐管束，燃用固體燃料時，不論布置型式如何，1K 整理ppt 3 半輻射式屏式過熱器 211111dfQQK 式中： dfQQ1考慮屏式過熱器吸收爐膛輻射熱影響的系數(shù) fQ屏吸收爐膛的輻射熱量 dQ屏吸收屏間煙氣的輻射和對流的熱量 整理ppt因為：屏的受熱面按

8、平壁計算，煙氣側(cè)的放熱系數(shù) fpdxsd212 屏的利用系數(shù)，s2屏的管子縱向管節(jié)距，xp屏的輻射角系數(shù) 整理ppt4管式空預(yù)器 2121K 利用系數(shù) 5回轉(zhuǎn)式空預(yù)器 2111kyxxCK yx，kx煙氣側(cè)受熱面，空氣側(cè)受熱面各點(diǎn)總受熱面積的份額 整理ppt4-3 對流放熱系數(shù)對流放熱系數(shù)由傳熱學(xué)，受迫流動下由傳熱學(xué)，受迫流動下 PrRe,fNupdCvwdfd,對于鍋爐對流受熱面，影響的因素有物性，流對于鍋爐對流受熱面，影響的因素有物性，流速，溫度。管束中管子布置方式及結(jié)構(gòu)特性，速，溫度。管束中管子布置方式及結(jié)構(gòu)特性，受熱的沖刷方式等。受熱的沖刷方式等。放熱系數(shù)的值多是在專門試驗臺上用試驗方

9、法放熱系數(shù)的值多是在專門試驗臺上用試驗方法確定，用相似理論方法加以整理，得出各種實確定，用相似理論方法加以整理，得出各種實用的計算公式。用的計算公式。整理ppt 一、橫向沖刷管束時的對流放熱系數(shù)一、橫向沖刷管束時的對流放熱系數(shù)錯列布置時錯列布置時 33. 06 . 0rensdPRdCCsC節(jié)距修正系數(shù) nC考慮沿氣流方向管子排數(shù)以及橫向相對節(jié)距的修正系數(shù) 整理ppt整理ppt整理ppt 2. 順列布置 33. 065. 0rensdPRdCC 整理ppt(4) 管束的入口、出口流動都是不穩(wěn)定，只有當(dāng)排數(shù)相當(dāng)多，一般 n10 時才能不考慮其影響。 3. 討論：討論：(1) Re的影響較大的影響

10、較大 (2) 相同的 Re， 錯列時， 一般d較大 （雖然6 . 065. 0，但修正系數(shù)sC相差較大） (3) d, d,小 d 有強(qiáng)化傳熱之效果 整理ppt二、縱向沖刷受熱面的d ltredldCCPRd4 . 08 . 0023. 0 Dittus-Boelter correlation dld當(dāng)量直徑，非圓形時 VFddl4 布置管束的矩形通道dnbadnabddl2442 整理ppttC考慮管壁溫度對流體特性影響的溫度修正系數(shù)， 當(dāng)管內(nèi)為煙氣且被冷卻以及管內(nèi)為水蒸汽和水且被加熱時1rC，管內(nèi)為空氣且被加熱時 5 . 0btTTC T，Tb分別為流體（空氣）和管壁內(nèi)表面的溫度 lC管長

11、修正系數(shù) 50dl，1lC，否則 1lC 整理ppt三、轉(zhuǎn)式空預(yù)器 其結(jié)構(gòu)特性不同性單純的管內(nèi)縱向沖刷，其d也主要通過試驗決定。 4 .0RmlalltdPRdCAC A 與傳熱元件型式有關(guān) m考慮無件型式的指數(shù)，強(qiáng)化傳熱型 m=0.83,其它 m=0.8 整理ppt4-4 輻射放熱系數(shù)輻射放熱系數(shù)一、計算公式一、計算公式管間煙氣中含有三原子氣體及飛灰，具管間煙氣中含有三原子氣體及飛灰，具有輻射能力，與對流受熱面有輻射換熱，有輻射能力，與對流受熱面有輻射換熱，由于煙氣及鑒定壁都不是黑體，輻射能由于煙氣及鑒定壁都不是黑體，輻射能要經(jīng)歷多次吸收和反射的過程才能被空要經(jīng)歷多次吸收和反射的過程才能被空

12、氣吸收，數(shù)學(xué)上嚴(yán)格處理較困難，只能氣吸收，數(shù)學(xué)上嚴(yán)格處理較困難，只能近似處理。近似處理。 整理ppt由于管壁黑度較大，在 0.80.9 之間，煙氣與管壁之間的輻射可僅考慮一次吸收的部分， 而用增加管壁表面黑度的方法來考慮多次吸收與輻射的因素， 用管束黑度 gsa來代替管壁黑度 ba，且取 21bgsaa 整理ppt 假定固體燃料所生成的含灰煙氣與管束均假定固體燃料所生成的含灰煙氣與管束均為灰體，因此是兩個灰體之間的輻射換熱。為灰體，因此是兩個灰體之間的輻射換熱。 4404040hbygsyyhbgsgsyyfTTaaaTaaTaq而 hbyffTTq N ewton 冷 卻 公 式 yhbhb

13、ygsyhbyhbygsyfTTyTTaaTTTTa4304401整理ppt 當(dāng)燃用氣體和液體燃料時，煙氣為不含灰氣流，當(dāng)燃用氣體和液體燃料時，煙氣為不含灰氣流，有效輻射成分僅是三原子氣體，此時，煙氣的吸有效輻射成分僅是三原子氣體，此時，煙氣的吸收率不等于黑度，即煙氣不能作為灰體來處理。收率不等于黑度，即煙氣不能作為灰體來處理。 設(shè) 煙 氣 的 吸 收 率 為 Ay， 則yyaA 進(jìn)行修正 4 . 0hbyyyTTaA 則yhbgsgsyyfATaaTaq4040 整理ppt最后最后 6 . 3306 . 34 . 04011yhbyhbygsyhbyhbyygsgfTTTTTaaTTTTTa

14、a整理ppt二、煙氣黑度，灰壁溫度等的計算二、煙氣黑度，灰壁溫度等的計算煙氣黑度 kpsyea1 其中 hhggkrkK 對不含灰氣流，0h（燃油及氣）對層燃爐，也可取0h 煙氣的有效輻射層厚度 管束 149 . 0221dssdS 屏 CBAS1118 . 1 A、B、C相鄰兩片屏間煙氣的高、寬、深 管內(nèi)沖刷的管式空預(yù)器 ndS9 . 0 整理ppt灰壁溫度的計算：灰壁溫度的計算：屏式受熱面，對流過熱器及包墻管過熱器，可按阻疊加原理計算屏式受熱面，對流過熱器及包墻管過熱器，可按阻疊加原理計算 即21ttqhb 一般管壁熱阻 0 HQBtqttjhb2211 污染系數(shù)（順列，固體燃料時，取=4

15、.3m2/kw，液體時=2.6 而不??；其它按的規(guī)定。 ） 整理ppt 其 它 受 熱 面ttthb 度取空氣和煙氣的平均溫平均值受熱面燃用氣體燃料時的所有的單級雙級布置的小型鍋爐的鍋爐管束直流鍋爐的過渡區(qū)雙級布置的的單凝渣管kysmCsmCsmsmCCCt400,25,4006080整理ppt三、對流煙道中氣室輻射的影響三、對流煙道中氣室輻射的影響對流煙道中往往有空的氣室存在，如轉(zhuǎn)彎氣室，各級受熱面對流煙道中往往有空的氣室存在，如轉(zhuǎn)彎氣室，各級受熱面之前或級間的氣室，這些氣室中的煙氣具有輻射能力。之前或級間的氣室，這些氣室中的煙氣具有輻射能力。氣室對四周的輻射熱量氣室對四周的輻射熱量 jfh

16、bpjffBHtQ/f氣室的輻射放熱系數(shù) fH氣室四周受熱面的輻射受熱面積 整理ppt氣室輻射對下游受熱面輻射的影響， 一般用增大計算管束的輻射放熱系數(shù)的辦法來考慮。 07. 025. 010001gsqsqsffllTc qsT計算管束前氣室中的煙氣溫度 qsl氣室在煙氣流動方向上的深度 gsl管束在煙氣流動方向上的深度 C系數(shù)，與燃料種類有關(guān) f計算管束的輻射放熱系數(shù) 氣室輻對上游的影響可不計。 整理ppt4-5 對流受熱面污染及沖刷不對流受熱面污染及沖刷不完全對傳熱的影響完全對傳熱的影響受熱面上的積灰及沖刷不完全壁免不了一般用，及來考慮影響的大小流場不均勻煙氣含灰整理ppt 一、污染系數(shù)

17、一、污染系數(shù)設(shè) 干 凈 氣 流 的 清 潔 管 壁 下 的 對 流 傳 熱 的 總 熱 阻 為 01k 含灰氣流和污染管壁在同樣的傳熱溫壓，傳熱面積及結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下的傳熱阻為k1 則定義 011kk 整理ppt一般 210111k2111hhhbk則 211hhhb所以， 不僅與灰層外表面放熱系數(shù)hb和灰層熱阻 hh有關(guān)，而且還與同樣條件下的清潔管壁的放熱系數(shù) 1有關(guān)。 hh整理ppt一般由實驗室或?qū)嶋H鍋爐受熱面上測定hhhb1總值，再獲得11來獲得。 整理ppt根據(jù)試驗 0kldCC 0基準(zhǔn)污染系數(shù)，實驗條件 38dmm，%7 .3330R dC管徑修正系數(shù)，顯然 38dmm 時，1dC k

18、lC灰分顆粒組成的修正系數(shù)，即偏離%7 .3330R的情況 7 .3330lg18. 11RCkl 一般情況可取1klC 附加修正飛值，與燃料種類和受熱面型式有關(guān)。 用于考慮燃用固體燃料時對橫向沖刷錯列管束的污染的影響。 對于屏式過熱器也是采用污染系數(shù)來考慮積灰污染對傳熱的影響， 其值取決于燃料種類手煙氣的平均溫度。 整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt整理ppt二、熱有效系數(shù)二、熱有效系數(shù) 定義 0kk 由試驗確定其值的大小。由試驗確定其值的大小。用于考慮當(dāng)鍋爐燃用固體燃料時，順利布置的管束以及燃用液體用于考慮當(dāng)鍋爐燃用固體燃料時，順利布置的管束以及燃用液體燃料和氣體燃料的各種布置的管束

19、因積灰污染對傳熱的影響。燃料和氣體燃料的各種布置的管束因積灰污染對傳熱的影響。 例如：例如： 油頁炭褐煤和洗中煤煙煤無煙煤貧煤固體燃料順利布置的5 . 0/65. 0/6 . 0其它其它 查閱有關(guān)手冊查閱有關(guān)手冊 整理ppt整理ppt三、利用系數(shù) 屏式過熱器的是考慮煙氣對屏沖刷不完全的修正系數(shù)，其值與煙速有關(guān)。 當(dāng) 4yw m/s 85. 0 4yw 時 85. 0 整理ppt整理ppt對對于于管管式式 ky，主主要要是是考考慮慮空空氣氣側(cè)側(cè)（管管外外橫橫向向沖沖刷刷）的的氣氣流流由由于于利利用用管管板板折折流流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向時時，不不能能均均勻勻沖沖刷刷管管束束，造造成成對對傳傳熱熱的的影影響響。

20、包包括括污污染染的的影影響響在在內(nèi)內(nèi)，與與燃燃料料種種類類，管管板板數(shù)數(shù)等等有有關(guān)關(guān)。 特特殊殊情情況況： 對對于于縱縱向向沖沖刷刷的的和和，可可由由煙煙速速采采取取相相應(yīng)應(yīng)的的橫橫向向沖沖刷刷受受熱熱面面的的值值。當(dāng)當(dāng)受受熱熱面面為為縱縱向向和和橫橫向向混混合合沖沖刷刷時時，可可按按各各該該段段的的平平均均煙煙速速求求出出，然然后后，按按受受熱熱面面積積比比例例加加以以平平均均。 當(dāng)當(dāng)燃燃用用混混合合燃燃料料時時，按按污污染染嚴(yán)嚴(yán)重重的的燃燃料料計計算算，當(dāng)當(dāng)燃燃用用重重油油后后燃燃用用氣氣體體燃燃料料時時，取取用用兩兩者者的的平平均均值值。當(dāng)當(dāng)燃燃用用固固體體燃燃料料之之后后，燃燃用用氣氣

21、體體燃燃料料時時，按按固固體體燃燃料料計計算算。 整理ppt整理ppt4-6 傳熱溫壓傳熱溫壓 所謂溫壓t，就是參與換熱的兩種流體在整個受熱面中的平均溫差，由傳熱學(xué)，對單純的順流或逆流 ddxdtttttln鍋爐受熱面，有時布置較復(fù)雜，既非純順流也鍋爐受熱面，有時布置較復(fù)雜，既非純順流也非純逆流，但由傳熱學(xué)，我們已知，逆流布置非純逆流，但由傳熱學(xué)，我們已知，逆流布置時，溫壓最大，順流時最小，其它情況的溫壓時，溫壓最大，順流時最小，其它情況的溫壓均介于這兩者之間。均介于這兩者之間。整理pptnltttnlt按逆流計算的平均溫壓 t考慮非逆流布置的修正系數(shù)，稱溫壓修正系數(shù) t值可根據(jù)具體布置，進(jìn)行

22、理論求導(dǎo)，參見（如）“鍋爐手冊” ，手工計算時節(jié)制成線算圖 整理ppt冷熱流體的布置系統(tǒng)分平行流和交叉流兩種。冷熱流體的布置系統(tǒng)分平行流和交叉流兩種。1平行流又分串聯(lián)和并聯(lián)混流兩種平行流又分串聯(lián)和并聯(lián)混流兩種串聯(lián)混流串聯(lián)混流兩段組成，一段順流，另一段逆流兩段組成，一段順流，另一段逆流這是對流式過熱器日常用的布置方案，工質(zhì)這是對流式過熱器日常用的布置方案，工質(zhì)的低溫段布置在煙氣的低溫部分，高溫段布的低溫段布置在煙氣的低溫部分，高溫段布置在煙氣的高溫部分。置在煙氣的高溫部分。 整理ppt整理ppt為了確定是t，需要三個無因次參數(shù) 2tP ， 21R ， HHAsl 21,流體的溫度變化 對(a)情

23、形（從煙氣流程看先順后逆） 1， 2tt 對（b）情形（從煙氣流程看先逆后順） 1tt ， 2 HHsl,順流部分及總受熱面積 整理ppt整理ppt 并聯(lián)混流并聯(lián)混流指在同一煙氣流指在同一煙氣流通截面上布置成通截面上布置成并行的幾部分，并行的幾部分，工質(zhì)在煙氣進(jìn)口工質(zhì)在煙氣進(jìn)口截面上要往返幾截面上要往返幾個行程。個行程。 整理ppttPx xdR d 煙 氣 或 工 質(zhì) 溫 度 變 化 或 tt取 兩 者 中 的 大 者 x 取 小 者 整理ppt整理ppt 2交叉流交叉流此時，溫壓的大小主要取決于行程曲折次數(shù)及氣流相互流動的總趨此時，溫壓的大小主要取決于行程曲折次數(shù)及氣流相互流動的總趨向（順

24、流或逆流）。向（順流或逆流）。 整理ppt當(dāng)總趨向為逆流時 tPx xdR 當(dāng)總趨勢為順流時，則用參數(shù)1P，代表 P 111111RRPPn n交叉次數(shù) 以上線圖是按各行程受熱面相等的情況作出的，以上線圖是按各行程受熱面相等的情況作出的，當(dāng)受熱面相差當(dāng)受熱面相差20%20%時，仍可采用，否則應(yīng)分區(qū)時，仍可采用，否則應(yīng)分區(qū)段進(jìn)行計算溫壓。段進(jìn)行計算溫壓。 整理ppt整理ppt整理ppt4-7 傳熱面積和流速的計算傳熱面積和流速的計算一、傳熱面積一、傳熱面積當(dāng)管子數(shù)很多時，以管內(nèi)徑計算的的面積和以管當(dāng)管子數(shù)很多時，以管內(nèi)徑計算的的面積和以管外徑計算的面積相差很大。外徑計算的面積相差很大。一般原則：一般原則：若管壁兩側(cè)的放熱系數(shù)相差很大而采用平壁傳熱若管壁兩側(cè)的放熱系數(shù)相差很大而采用平壁傳熱系數(shù)的計算公式時，以放系數(shù)小的一側(cè)的濕潤面系數(shù)的計算公式時，以放系數(shù)小的一側(cè)的濕潤面積作為傳熱面積。如果管壁兩側(cè)的熱阻相當(dāng)或放積作為傳熱面積。如果管壁兩側(cè)的熱阻相當(dāng)或放熱系數(shù)相近而采用平壁傳熱系