換熱器傳熱基礎(chǔ)知識

1、第四章第四章 傳傳 熱熱第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 一、定義：由溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移過程稱為熱量傳遞過程或傳熱過程，簡稱傳熱。二、傳熱現(xiàn)象：幾乎無時不有，無處不在。因為溫差幾乎無時不有，無處不在。三、傳熱原理的應(yīng)用：十分廣泛。尤其在能源動力、化工冶金部門。 化學(xué)過程 單元操作 設(shè)備管道 廢熱利用四、問題類型 提高（強化）傳熱速率 降低（削弱）傳熱速率五、傳熱狀態(tài) 穩(wěn)態(tài)（定常）傳熱： 各點溫度不隨時間而變 非穩(wěn)態(tài)（非定常）傳熱：否則遵循相同的傳熱原理六、傳熱基本方式（傳熱機理）1熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）(conduction)：由微觀粒子（分子、原子、離子和電子）的微觀運動傳遞熱量的過程。 金屬，自由電子的

2、運動。 固體 分子晶體，分子的振動。 非金屬 原子晶體，原子的振動。 晶格結(jié)構(gòu)的振動，彈性波。 離子晶體，離子的振動。 液體，分子的不規(guī)則熱運動（布朗運動），介于氣體與非金屬之間。 氣體，分子的不規(guī)則熱運動（布朗運動）。2熱對流（對流）(convection)：由流體質(zhì)點的宏觀運動傳遞熱量的過程。由于同 時存在分子不規(guī)則熱運動，所以對流必然伴隨導(dǎo)熱。 自然對流：宏觀運動由流體密度差引起，而密度差由溫度差引起。 強制對流：宏觀運動由外力（泵、風機、位差、壓差等）引起。3熱輻射（輻射）(radiation)：由電磁波傳遞熱量的過程。 在實際問題中，傳熱方式很少單獨存在，常常兩種或三種共存 七、換熱

3、器的類型：間壁式、混合式（圖4-1）、蓄熱式（圖4-2）。八、典型間壁式換熱器：套管式（圖4-4）和列管（殼管）式（圖4-5、4-6）。九、間壁式換熱器中的傳熱方式：對流導(dǎo)熱對流 十、載熱體：提供或取走熱量的流體。 1加熱劑：提供熱量的載熱體。熱水、飽和蒸汽、礦物油、聯(lián)苯、熔鹽、煙氣（表4-1）。 或電。 2冷卻劑：取走熱量的載熱體。冷水、空氣、鹽水、液氨（表4-2）?；蚍锇?、液氮。2TTwTwtt t1t2t1T2T第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 一、傅立葉定律：一、傅立葉定律：在物體內(nèi)任何一點，沿任一方向的導(dǎo)熱熱流密度（單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的熱流量）與該方向上的溫度變化率成正比，即 式

4、中負號表示熱量傳遞的方向指向溫度降低的方向。 qn方向的導(dǎo)熱熱流密度，W/m2； Qn方向的導(dǎo)熱傳熱速率或熱流量，W，J/s； S與熱流方向垂直的導(dǎo)熱面積，m2； 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)，W/(mC)； n方向的溫度變化率，K/m，C/m； 二、導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù) ：表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物性參數(shù)。 1固體 式中0固體在0 C的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)，W/(mC)； 溫度系數(shù)，1/ C 2液體 (1) 金屬液體： (2) 非金屬液體（除水、甘油外）：t, （略減?。?(3) 有機化合物水溶液的導(dǎo)熱系數(shù)估算式為nt,ta 式中 組分i的質(zhì)量分率。(4) 有機化合物互溶混合液的導(dǎo)熱系數(shù)估算式為 3、

5、氣體很小，對導(dǎo)熱不利，但有利于保溫和絕熱(1) (2) (3) 常壓下氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)估算式為 式中 組分i的摩爾分率。 組分i的摩爾質(zhì)量，kg/kmol。4、一般規(guī)律 (1) (2) (3) (4) iima9 . 0aiima,t)102,3()1023(,55kPaporkPapkPapkPap3/13/1iiiiimMyMyiyiM非金金gls非晶晶)(氣體除外混純?nèi)⑷?通過平壁的導(dǎo)熱通過平壁的導(dǎo)熱1單層平壁如圖所設(shè)，且假定為常數(shù)，則將一維穩(wěn)態(tài)條件用于傅立葉定律：得 所以 ，t與x成線性關(guān)系?；?沿x方向定積分，得而由一維穩(wěn)態(tài)條件，知q與x無關(guān)，（ ）所以 所以 而 所以 單層

6、平壁微分導(dǎo)熱公式沿平面定積分，得所以 單層平壁導(dǎo)熱公式tz,Oxx dxb1t2ttdtt dSntqdxdtqconstqdxdtdtqdx210ttbdtqdxdSdQqdSdQqdQdQ221121,210ttbdtdxqbttq)(21dSdQq dSbttdQ21SSQdSbttdSbttdQ0210210bttSQ21b1dQ2dQ傳遞過程有共同規(guī)律： 如歐姆定律將單層平壁公式改寫為式中 溫差，K，C； 熱阻，K/W。2、多層平壁 以三層平壁為例，如圖所設(shè)，且假定為常數(shù)，及層與層之間接觸良好，沒有接觸熱阻，則由單層平壁公式，得而由一維穩(wěn)態(tài)條件，得所以相加并整理，得 或 )()()(

7、,秒庫侖安培sCAtQIRUI過程阻力過程動力過程速率 RtSbttbttSQ212121tttSbRSbQtttSbQtttSbQttt333433222322111211321QQQQ32141332211321RRRttSbSbSbtttQniinniiinRttSbttQ1111111b2b3b1t2t3t4ttz,xOQ123四、 通過圓筒壁的導(dǎo)熱1單層圓筒壁如圖所設(shè)，且假定為常數(shù)則將一維穩(wěn)態(tài)條件用于傅立葉定律：得 或 所以 ，t與r成非線性關(guān)系或 沿r方向定積分，得而由一維穩(wěn)態(tài)條件，知 與r無關(guān)，（ ，但 ）所以 所以 單層圓筒壁微分導(dǎo)熱公式ntqdrdtdSdQqdrdtrdLd

8、QdSdQ2rdLdQdrdt2dtrdrdLdQ221212ttrrdtrdrdLdQdLdQdLrdQqdLrdQq22211122dLdQdLdQdQdQ2121,21212rrttdtrdrdLdQ)(2ln2112ttrrdLdQdLrrttdLrrttdQ12211221ln1)(2ln)(2tz,Or1t2ttdtt 1r2rrdrLbd整理 單層圓筒壁微分導(dǎo)熱公式式中 對數(shù)平均微元面積，m2；當 時 ， 。沿柱面定積分，得所以 單層圓筒壁導(dǎo)熱公式整理 單層圓筒壁導(dǎo)熱公式式中 對數(shù)平均面積，m2；當 時， 。 溫差，K，C； 熱阻，K/W。1221121222ln)(2rrttd

9、LrdLrrrdLdQmdSbttrrttdSdSdSdSdQ2112211212ln1212lndSdSdSdSdSm21dSdS 21dSdSdSmLLQdLrrttdLrrttdQ01221012210ln)(2ln)(212211221ln1)(2ln)(2rrttLrrttLQ1221121222ln)(2rrttLrLrrrLQRtSbttbttSrrttSSSSQmm212112211212ln1212lnSSSSSm21SS 21SSSm21tttSbR課堂練習：設(shè) ，試求單層圓筒壁的導(dǎo)熱傳熱速率計算公式。解：由 得 沿r方向定積分，得所以 得 所以當與t成線性關(guān)系時，只要將導(dǎo)

10、熱公式中的用算術(shù)平均溫度下的代替，即可求解變導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱問題。否則，要用積分平均值代替。at0ntqdrdtdSdQqdrdtrdLdQdSdQ2dtrdrdLdQ221212ttrrdtrdrdLdQ2121)(20rrttdtatrdrdLdQ21)2(2ln2012tttatrrdLdQ2121021221201222)(2)(2lnttttattattrrdLdQ1221122101221210ln)(2ln)(2ln)(22rrttLrrttt aLrrttttaLQ3、 多層圓筒壁 與多層平壁同理可得或 343232121413332221114132141ln1ln1ln1)(

11、2rrrrrrttLSbSbSbttRRRttQmmmniiiinnimiinniinrrttLSbttRttQ1111111111ln1)(2tz,Or1t2t1r2rL3t4t3r4r123Q第三節(jié)第三節(jié) 對流傳熱對流傳熱 一、傳熱方式和溫度分布11、層流 導(dǎo)熱 非線性 層流底層區(qū) 導(dǎo)熱 近似線性22、湍流 過渡流區(qū) 導(dǎo)熱與對流 非線性 湍流主體區(qū) 對流為主 近似水平線二、牛頓冷卻定律（對流傳熱系數(shù)的定義）：當流體流過固體壁面時，通過流體且與壁面垂直的對流熱流密度與壁面溫度和流體溫度的差成正比，即 或 式中 qx局部對流熱流密度，W/m2； Q對流傳熱速率或熱流量，W； S與流體接觸的固體

12、傳熱面積，m2； x局部對流傳熱系數(shù)，W/(m2K)； tw，Tw分別為冷熱流體側(cè)的局部壁溫，K，C； t，T分別為冷熱流體的有限空間內(nèi)局部截面平均溫度或大空間中流體主流溫度，K，C。 三、對流傳熱系數(shù)x 牛頓冷卻定律實質(zhì)上是對流傳熱系數(shù)的定義式，對流傳熱系數(shù)表征對流傳熱能力的參數(shù)，與流體物性及流動狀態(tài)等有關(guān)。對流傳熱系數(shù)的一般范圍見表4-5。后面將詳細討論對流傳熱系數(shù)的計算。)(),(ttdSdQqTTdSdQqwxxwxxdSttdQdSTTdQwxwx)(,)(四、x的物理意義以管外冷流體湍流流動為例，則有效膜很薄。設(shè)有效膜內(nèi)的流體按層流流動，則由單層圓筒壁微分導(dǎo)熱公式：得 比較 得 所

13、以x的物理意義是導(dǎo)熱系數(shù)與有效膜厚度之比。(若為層流，則 ， ， )mdSbttdQ21oewmewdSttdSttdQowxodSttdQ)(exooommdSdLrdLrdS22eomxorrRe2TTwTwttt1t2t1T2T五、熱邊界層五、熱邊界層 1形成 當流體流過與其溫度不同的壁面時，因其本身受熱或冷卻而使壁面附近流體的溫度發(fā)生變化，從而產(chǎn)生溫度梯度。 熱邊界層（溫度邊界層）：壁面附近存在溫度梯度的流體層t，一般取熱邊界層外緣的過余溫度 。 主流區(qū)：邊界層以外的區(qū)域。 2發(fā)展（限于管內(nèi)） 與流動邊界層類似，熱邊界層的形成也有一個發(fā)展的過程，但熱邊界層在充分發(fā)展后因傳熱過程的繼續(xù)而

14、不能形成穩(wěn)定的熱邊界層，最后會消失。 雖然管道內(nèi)充分發(fā)展后的熱邊界層（溫度分布）不能穩(wěn)定，但局部對流傳熱系數(shù)x可以基本穩(wěn)定。因為對流傳熱系數(shù)取決于層流底層的厚度，見x的物理意義。 進口段（穩(wěn)定段）：從進口處到局部對流傳熱系數(shù)x基本穩(wěn)定的這一段距離。 若流動邊界層在管中心匯合時仍為層流，則從進口處開始降低到某一極限值后基本上保持恒定。若匯合前已發(fā)展為湍流，則在層流向湍流過渡時，有所回升，然后趨于恒定。當湍流十分激烈時，進口段的影響即消失。 )(99. 0wwtttt第四節(jié)第四節(jié) 傳熱計算傳熱計算 一、能量衡算（忽略熱損失）1基本熱量衡算式2無相變時熱量衡算式3有相變時熱量衡算式4無相變和有相變共

15、存時熱量衡算式 二、總傳熱方程：仿牛頓冷卻定律，顯然，在間壁式換熱器中，熱流密度與兩流體的溫差成正比，即總傳熱微分方程 或 總傳熱微分方程 式中 qx局部熱流密率，W/m2； Q傳熱速率或熱流量，W； S間壁傳熱面積，m2； Kx局部總傳熱系數(shù)，W/(m2K)； t、T分別為冷熱流體的局部流體截面平均溫度或大空間中流體主流溫度，K；)()(1221ccchhhHHWHHWQdtcWdTcWdQpccphh)()(1221ttcWTTcWQpccphh)(12ttcWrWQpcchhccphhrWTTcWQ)(21cchhrWrWQ)()(121cspccphhrttcWTTcWQ)()(122

16、ttcWTTcrWQpccsphhh)(tTKdSdQqxxdStTKdQx)(三、總傳熱系數(shù)Kx、K 總傳熱微分方程實質(zhì)上是總傳熱系數(shù)的定義式。總傳熱系數(shù)主要取決于冷熱流體側(cè)的對流傳熱系數(shù)。下面推導(dǎo)其計算公式。 設(shè)穩(wěn)定傳熱，其他如圖所設(shè)，則通過熱流體的對流傳熱速率為 通過熱流體側(cè)污垢的導(dǎo)熱傳熱速率為 通過管壁的導(dǎo)熱傳熱速率為 通過冷流體側(cè)污垢的導(dǎo)熱傳熱速率為 通過冷流體的對流傳熱速率為 整理，得 相加并整理，得iwxidSTTdQ)(isiwwdSRTTdQmwwdStTbdQ)(osowwdSRttdQowxodSttdQ)(wixiTTdSdQwwisiTTdSdQRwwmtTdSbdQ

17、wwosottdSdQRttdSdQwoxooxoosomisiixidSdSRdSbdSRdStTdQ11 對比總傳熱微分方程： 得 而 ， ， ，所以 假定為常數(shù)，對上式沿管長取平均值，得當 時， 當 時， 當傳熱面為平壁時，所以 四、對流傳熱系數(shù)對總傳熱系數(shù)的影響 以平壁為例，若忽略污垢熱阻和管壁熱阻，則dStTKdQx)(oxoosomisiixixdSdSRdSbdSRdSdSK111dlddSoodlddSdlddSiidlddSmmoxoosomisiixixddRdbdRddK111dlddRdbdRdLdldKLLoxoodomidiixiLx00)11(111ooodomi

18、diiiddRdbdRdKd111idd odd oiooidomidiiiddddRddbRK111odomoiodiioioRddbddRddK111omidSdSdSdSododiiRbRK111oiK111 所以 當 時， 當 時， 所以當i，o相差較大時，必須提高較小的，才能提高K；當i，o相差不大時，必須同時提高i，o，才能提高K。 五、平均溫差1恒溫傳熱 由總傳熱微分方程 對上式沿管長取平均值，得 所以 總傳熱方程 令 平均溫差 則 總傳熱方程 oioiK1oioiKoioioKiK)(tTKdSdQqxx)(1)(1110000tTdlKLdltTKLdldSdQLdlqLLx

19、LxLLx)(tTKSQqtTttKtTKSQq)(2、變溫傳熱 (1) 逆流和并流以套管式換熱器中的逆流為例，如圖所設(shè)，則由dS中的熱平衡，得 所以 相減 令 局部溫差 且 假定為常數(shù)。 則 1T2T1t2tdtt dTT tT2T1T2t2t1t1tOQdtcWdTcWdQpccphhpccphhcWdQdtcWdQdT1,1pccphhcWcWdQtTd11)(tTtpcphcc,ConstdQtd所以t與Q成線性關(guān)系，其斜率也可為而 所以 假定 為常數(shù)，則 ，令 對數(shù)平均溫差，當 時， 。所以 總傳熱基本方程 顯然，上式對并流也適用。（2） 折流和錯流 式中 溫差校正系數(shù) 012Qtt

20、dQtdtdSKdStTKdQxx)(QtttdSKtdx1221)(12ttSoxdSQttKttdxKxKK QSttKtt)(ln12121212lnttttKSQ1212lntttttm21tt21tttmmtKSQ逆mtmtt),(RPft式中 六、關(guān)于簡化假定的討論六、關(guān)于簡化假定的討論 當流體的溫度變化較大時，流體的物性變化也較大，從而對流傳熱系數(shù)的變化也較大，最終使總傳熱系數(shù)變化較大，所以上述公式誤差較大。 若K隨溫度呈線性變化時，可用下式計算若K隨溫度不呈線性變化時，可分段計算，將每段的K視為常數(shù)，則 或 若K隨溫度變化較大時，應(yīng)采用積分法： 或 1112tTttP1221t

21、tTTRt 194圖折流t 204圖錯流12211221lntKtKtKtKSQjmjjjtSKQ)(njjQQ1njjmjjtKQS1)(12)()(00TTxphhQxStTKdTcWtTKdQdSS21)()(00ttxpccQxStTKdtcWtTKdQdSS七、七、K的來源的來源經(jīng)驗值：由生產(chǎn)設(shè)備總結(jié)的大概數(shù)據(jù)，表4-6。實驗值：由現(xiàn)場設(shè)備或?qū)嶒炑b置測出的數(shù)據(jù)。計算值：由對流傳熱(系數(shù))關(guān)聯(lián)式計算的數(shù)據(jù)。 八、保溫層的臨界直徑八、保溫層的臨界直徑 由 得 所以 由總傳熱方程 得 令 ，所以 ， ，所以 臨界熱絕緣直徑 （4-29a） ioioiomddbdddddln2lniooio

22、omodddddbdbddbln2ln2osoiooiosiioioRdddddRddK1ln211oiooioiooodddddtTLdtTSKQ1ln21)()(ooiowoioowodddtTLdddtTLdQ1ln21)(1ln2)(01ln21121)(22ooioooowodddddtTLdddQ2111lnxxxx012120oodd022ooodd02oodoocdd2九、傳熱單元數(shù)、傳熱單元數(shù)1傳熱效率：實際傳熱量與最大可能傳熱量之比，即顯然，熱、冷流體各自溫度變化的最大值均為 。又由 知最大可能傳熱量應(yīng)為Wcp值較小的流體在最大溫度變化下傳遞的熱量，即式中 熱容量流率若 則

23、 若 則 2傳熱單元數(shù)NTU（Number of Transfer Units）由 得 假定為 常數(shù)，則maxQQ11tT )()(1221ttcWTTcWQpccphh)()(11minmaxtTWcQppWcphhpcWWcmin)(11211121)()(tTTTtTcWTTcWphhphhhpccpcWWcmin)(11121112)()(tTtttTcWttcWpccpcccdLdntTKdStTKdtcWdTcWdQxxpccphh)()(tTdtdnKcWtTdTdnKcWdLxpccxphhpcphxccK,21120ttpccTTphhLtTdtdKncWtTdTdKncWd

24、LL 令 傳熱單元長度，m； 傳熱單元數(shù) 所以 當 時 ， 即 由 得 所以，傳熱單元長度是溫度變化 與該段換熱器內(nèi)的平均推動力 相等時的換熱器長度。 1傳熱效率和傳熱單元數(shù)的關(guān)系（與NTU） 以單程逆流、熱流體為最小值流體為例，且假定為常數(shù)。 由 得 或 所以 dKncWHdKncWHpcccphhh2112)()(ttcTThtTdtNTUtTdTNTUcchhNTUHNTUHL)()(cHL 1)(cNTU211tttTdtbaabfdxxf)()(211)(12ttmtTtttTdt12tt mtT)(dStTKdtcWdTcWdQpccphh)(phhcWKdStTdTpcccWKd

25、StTdtSphhTThcWKdStTdTNTU012)(2T1T2t1tOcHmtT)(相減，得 令 并定積分，得 所以 而 所以 解之 （4-60）同理 式中 并流、逆流、折流的-NTU關(guān)系分別見圖4-22、4-23、4-24。 210)(ttSpccccWKdStTdtNTUphhpccphhpccphhcWKdScWcWKdScWcWtTtTd)1 ()11()(pccphhhcWcWR SphhhtTtTcWKdSRtTtTd0)1 ()(2112hhNTURtTtT)()1 (ln1221)()1 (exp2112hhNTURtTtT)(1 ()(111111121112tTttT

26、tTTTTtTh)()1 ()()(11111111111212112121tTRttTRTttTtTTTTTttTtThhhh)()1 (exp11hhhhhNTURR)()1 (exp1)()1 (exp1hhhhhhNTURRNTUR)()1 (exp1)()1 (exp1ccccccNTURRNTURphhpccccWcWR 第五節(jié)第五節(jié) 對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式 一、對流傳熱的分類一、對流傳熱的分類 強制對流 無相變 自然對流對流傳熱 冷凝 有相變 沸騰 二、影響對流傳熱的因素二、影響對流傳熱的因素1流體的種類 牛頓型流體 非牛頓型流體2流體的相變狀況 無相變 有相變3流

27、體的物性 密度 動力粘度 導(dǎo)熱系數(shù) 定壓比熱cp 體積膨脹系數(shù)4流體的進出口溫度 冷流體溫度t1，t2 熱流體溫度T1，T25.流體的流動類型 層流 過渡流 湍流6.流體流動的原因 自然對流 強制對流7.傳熱壁面的幾何因素 形狀 大小 位置 光滑度 三、對流傳熱過程的量綱（因次）分析三、對流傳熱過程的量綱（因次）分析無相變時，由實驗知式中 平均對流傳熱系數(shù)，W/(m2K)； u流體的特征流速，m/s； l傳熱面的特征長度，m； 過余溫度，即壁溫與流體主流溫度之差，K； 單位質(zhì)量流體所受凈升力，m/s2。單位質(zhì)量流體所受凈升力為),(tgclufptttwtggVgVgVVFFmFgb)( 上式

28、8個物理量的單位和量綱分別為 設(shè) 由量綱相等，得wttdtddtddtmdmdtdVV111)(12)(ttwtgttggw)(13322222dimMTKskgKmssmmkgKmsmNKmsJKmW1dimLTusmuLlmldim13dimLMTKmW11222dimMTLmskgmssmkgmsNsPaMLmkg33dim122222dimTLcKsmKkgsmmkgKkgmNKkgJcpp22)dim(LTtgsmtggfpedcbatgclCu)(fcgfdcaedcgfedcbaggfffeedddccccbaaTMLTLTLMLTMLTMLLTLMT223232223313由因

29、次相等，得 解之，得 回代，得所以 令 努塞爾特(Nusselt)數(shù)，表示對流傳熱；(Number) 雷諾(Reynolds)數(shù)，表示強制對流； 普朗特(Prandtl)數(shù)，表示物性； 格拉曉夫(Grashof)數(shù)，表示自然對流。則 或 132231023fcgfdcaedcgfedcbagaegfadfcgab22113ltlgcluCtgclCugfpagfpgagfafgaa22322113)(gfpatlgcluCl223lNu luRepcPr223tlgGrgfaGrCNuPrReknmGrCNuPrRe 通過實驗確定常數(shù)，可得一系列不同情況下的對流傳熱關(guān)聯(lián)式。 選用對流傳熱關(guān)聯(lián)式

30、的注意事項(1) 特征流速應(yīng)按該關(guān)聯(lián)式規(guī)定的方式選取。(2) 特征長度應(yīng)按該關(guān)聯(lián)式規(guī)定的方式選取。(3) 定性溫度應(yīng)按該關(guān)聯(lián)式規(guī)定的方式選取。(4) 關(guān)聯(lián)式應(yīng)在其適用范圍內(nèi)使用。 四、無相變時的對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式1強制對流由 忽略自然對流，得 (1) 管內(nèi)強制對流a. 圓形直管(a) 湍流 低粘度Dittus-Boelter 關(guān)聯(lián)式：或 式中 特征流速：管內(nèi)流體平均流速 ；特征長度：管內(nèi)徑 ；定性溫度：流體平均溫度（進出口流體的截面平均溫度的算術(shù)平均值）， ；式中 分別為進出口流體的截面平均溫度，K，C。適用范圍： 。式中 L管長，m。b) 高粘度knmGrCNuPrRenmCNuPrRenN

31、uPrRe023. 08 . 0npiiiicudd8 . 0023. 0被冷卻被加熱, 3 . 0, 4 . 0n2121tttmiuid21, tt60/,120Pr7 . 0,10000ReidL Sieder-Tate關(guān)聯(lián)式：或 其中 特征流速：管內(nèi)流體平均流速 ；特征長度：管內(nèi)徑 ；定性溫度：流體平均溫度 ，但w由tw確定；適用范圍： 。(b） 層流 Sieder-Tate關(guān)聯(lián)式：其中 特征流速：管內(nèi)流體平均流速 ；特征長度：管內(nèi)徑 ；定性溫度：流體平均溫度 ，但w由tw確定；適用范圍： 。14. 03/18 . 0PrRe027. 0wNu14. 0318 . 0027. 0wpi

32、iiicudd液體被冷卻液體被加熱,95. 0,05. 114. 0wiuid2121tttm60/,16700Pr7 . 0,10000ReidL14. 031PrRe86. 1wiLdNu液體被冷卻液體被加熱氣體,95. 0,05. 1, 114. 0wiuid2121tttm100PrRe,6700Pr6 . 0,2300ReLdi( c) 過渡流 式中 湍流時的 。 適用范圍：Re=230010000。 b. 進口段的影響 進口段由于熱邊界層較薄而具有比充分發(fā)展段高的對流傳熱系數(shù)，所以當 時，應(yīng)對上述公式進行修正： c. 圓形彎管 式中 直管中的 ； 彎管軸的彎曲半徑。 d. 非圓形管

33、 用 代替 =4A/ 或?qū)υ谔坠墉h(huán)隙中水或空氣， 特征流速：環(huán)隙中流體平均流速 ； 特征長度：環(huán)隙流動當量直徑 ； 定性溫度：流體平均溫度 ； 適用范圍： 。 ii8 . 15Re1061ii60/idLiiiLd7 . 01iiird 77. 11iired3/18 . 053. 021PrRe02. 0dddeiidiiu21ddde2121tttm1765. 1/,22000012000Re21ddid(2) 管外強制對流a. 管束外垂直流動(a) 管子排列方式 直列 正三角形 圖4-27 錯列 正方形(b) 錯列關(guān)聯(lián)式(c) 直列關(guān)聯(lián)式(d) 應(yīng)用條件特征流速：最狹窄通道處流速（錯列時

34、?。?）和 中較小者為最狹處的距離）；特征長度：管外徑 ；定性溫度：流體平均溫度 ； 適用范圍： 。(e) 校正：當 時，按表4-10的修正系數(shù)校正。b. 換熱器的管間流動(a) 折流板的形式 圓缺形 盤環(huán)形 圖4-28 (雙)弓形33. 06 . 0PrRe33. 0Nu33. 06 . 0PrRe26. 0Nuodx 1)(2odt od2121tttm10,3000Ren10n(b) 25%圓缺形擋板關(guān)聯(lián)式（Kern關(guān)聯(lián)式）或 其中 特征流速：最大截面積A處的流速 ；特征長度：當量直徑 ；定性溫度：流體平均溫度 ，但 由 確定；適用范圍： 。 最大截面積A：式中 擋板間距，m； 外殼內(nèi)徑

35、，m。 當量直徑 ：若正方形排列，則 若正三角形排列，則式中 兩管中心距，m； 管外徑，m。14. 03/155. 0PrRe36. 0wNu14. 03/155. 036. 0wpoeeocudd液體被冷卻液體被加熱氣體,95. 0,05. 1, 114. 0woued2121tttmwwt63101102RetdhDAo1hDedooeddtd2244Dodtt2/ t2/ th)1 (tdhDtDhdhDnhdhDAoootDnntD,ooeddtd224234tod2、自然對流忽略強制對流，由 得 式中 值見表4-11（P249）。特征長度：豎壁和豎管取高L，水平管取外徑do；定性溫度

36、：膜溫(壁溫和流體主體溫度的算術(shù)平均值)， ；適用范圍：見表4-11中的GrPr。 一、有相變時對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式1冷凝(1) 冷凝方式 膜狀冷凝，潤濕成膜，小，工業(yè)應(yīng)用中都是。 滴狀冷凝，不潤濕成滴，大，難維持，實驗研究。(2) 層流膜狀冷凝的分析解 通過合理的簡化假定，可導(dǎo)出Nusselt理論公式：a. 豎壁或豎管 knmGrCNuPrRe)(ttdSdQqwxoxnGrCNuPr)(ttSQqwonC,tttwm214/132)(943. 0wsottLgr)(wsottSQqb、 水平單管式中 汽化潛熱，J/kg。定性溫度：膜溫 ，但r由ts確定。(3) 液膜雷諾數(shù)以豎壁為例，由 得

37、底部數(shù)值式中 W冷凝液的質(zhì)量流量，kg/s；M冷凝負荷，kg/(ms)。(4) 準數(shù)關(guān)聯(lián)式以豎壁為例，由 得 所以 整理得 令 則 4/132)(725. 0wsoottdgrr)(21wsmtttbAAde44MbWAVbAudse444RetSttSQowso)(tLMrtbLWrtSQotLMrtbLWrtSQo4132943. 0Mgoo3/13/1322447. 1Mgo31322*go3/1Re47. 1*(5) 經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式a. 豎壁或豎管(a) 層流( )時 （蒸汽對液膜的摩擦）或 (b) 湍流( )時， （Badger關(guān)聯(lián)式）b. 水平管(a) 水平單管(b) 水平管束 （Ke

38、rn關(guān)聯(lián)式，下管液膜加厚）式中 水平管束在垂直列上的管數(shù)。(6) 影響冷凝傳熱的因素a. 冷凝溫差t, Q, , ；b. 物性有影響c. 蒸汽的流速和流向1800Re413213. 1tLgro3/176. 1*R1800Re4 . 03/1232Re0077. 0go4 . 0Re0077. 0*4/132)(725. 0wsoottdgr413232725. 0wsoottdngr 同向， 一般情況， 反向 吹破液膜，d|. 不凝性氣體 微量的不凝性氣體，可使冷凝傳熱系數(shù)急劇下降。蒸汽必須穿過不凝性氣膜所冷凝，從而飽和溫度下降，冷凝溫差下降，冷凝傳熱系數(shù)下降。e. 冷凝面 垂直管，板高度，

39、；高度， 水平管束排數(shù)，2沸騰(1) 沸騰方式 （管內(nèi)）流動沸騰 （管外）池式沸騰（大容器） 過令沸騰 飽和沸騰(2) 沸騰曲線，見圖4-33。(3) 沸騰傳熱關(guān)聯(lián)式或由 得 其中 (4-93)或 33. 2163. 1swottZ)(swottSQq7 . 03 . 005. 1qZo33. 3102 . 117. 069. 04)1048 . 1 (1081. 910. 0RRRpZc7 . 0102 . 117. 069. 04)1048 . 1 (1081. 9105. 0qRRRpco式中 對比壓力，R=0.010.9；p操作壓力，Pa；pc臨界壓力，Pa， ；q操作熱負荷， ， ；

40、qc臨界熱負荷，W/m2，可用下式估算：式中 Di管束直徑，m；L管長，m；So管外壁總傳熱面積。(4) 影響沸騰的因素a. 液體的性質(zhì)：、 ， ， ， ，b. 沸騰溫差（壁過熱度）：見沸騰曲線c. 操作壓力 P，TS， d. 加熱面 油脂沾污或結(jié)垢， 壁面粗糙，汽化核心數(shù)， cppR kPapc30002/mWcqq oiccSLDRRpq/138. 09 . 035. 0六、壁溫的估算六、壁溫的估算由 得 若忽略管壁熱阻，且假定xi，xo為常數(shù)，則，所以 或 (4-97) 第六節(jié)第六節(jié) 輻射傳熱（略）輻射傳熱（略）wixiTTdSdQwwosottdSdQRwwisiTTdSdQRttdS

41、dQwoxosixiwiRTTdSdQ1xosowoRttdSdQ1oxoixiwwoitTSS,osowsiiwRttRtT11siiiwsoowoRttRtt11第七節(jié)第七節(jié) 換熱器換熱器 一、類型一、類型 沉浸式 蛇管式 管式 噴淋式 套管式 列管（管殼）式 間壁式 夾套式 板式 板式 螺旋板式 翅片管式 翅片式 板翅式 混合式（直接接觸式） 蓄熱式 二、列管式換熱器的基本型式二、列管式換熱器的基本型式 無膨脹節(jié) 固定（管板）式 有膨脹節(jié) U型管式 浮頭式 三、列管式換熱器的設(shè)計和選用（略）三、列管式換熱器的設(shè)計和選用（略）1流體流徑（流體管殼程）的選擇依次考慮壓力、腐蝕、清洗、對流傳熱系數(shù)、壓力降等的要求。2流體流速的選擇 ，S，設(shè)備費 u hf，動力消耗，操作費常用的流速范圍見表4-14。3流體兩端溫度的確定工藝流體的進出口溫度一般由工藝條件確定，而非工藝流體，如冷卻水，一般只知道進口溫度，出口溫度要設(shè)計者選定。 Wc， 操作費 t2 tm，S，設(shè)備費 一般， 。4管了的規(guī)格和排列方法(1) 規(guī)格 252.5mm 192mm(2) 管長：1.5、2、3、6m(3) 排列方法 正三角形 正方形直列 正方形錯列Ctt10512(4) 管心距 (1.31.5)do，且t(do+6)，脹接法 1.25do，焊接法5管