對流與對流傳熱系數(shù)免費

對流與對流傳熱系數(shù)免費第一頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-15影響對流傳熱系數(shù)的因素一、引起流動的原因(ρ1-

ρ2)g=ρ2

gβ

△t

1強制對流：通過外力對流體作功迫使流體流動2自然對流：由于流體內(nèi)部存在溫度差而引起的流動設(shè)ρ1、ρ2分別代表溫度為t1、t2兩點流體的密度，β為其平均體積膨脹系數(shù)；如果t1<t2,則

ρ1=ρ2

（1+β△t）單位體積流體所產(chǎn)生的升力為火α與流動的類型有關(guān)2第二頁，共六十七頁，2022年，8月28日二、流體的流動型態(tài)：層流和湍流層流：流體在熱流方向上基本沒有混合流動α↓湍流：有混合流動，Re↑層流內(nèi)層厚度δ↓α↑三、流體的性質(zhì)對α影響較大的物性主要有

cp

、λ、μ和ρ四、傳熱面的型狀、大α小和位置影響α值的有：傳熱管、板、管束等不同，傳熱面的形狀，管子的排列方式，水平或垂直放置；管徑、管長或板的高度等影響α的因數(shù)很多3第三頁，共六十七頁，2022年，8月28日化工上常見的對流傳熱流體無相變化時流體有相變化時強制對流傳熱自然對流傳熱蒸汽冷凝傳熱液體沸騰傳熱4第四頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-16因次分析在對流傳熱中的應(yīng)用實驗測定α值因數(shù)多因次分析方法無因次數(shù)群再實驗確定關(guān)系一、無相變化時強制湍流下的α

七個物理量四個基本因次（質(zhì)量M、長度L、時間θ、溫度T）3個無因次數(shù)群π定理5第五頁，共六十七頁，2022年，8月28日對流系數(shù)的準數(shù)流體的流動狀態(tài)和湍動程度對對流傳熱的影響流體物性對對流傳熱的影響二、無相變化時自然對流下的α

Nu

pr

自然對流對對流傳熱的影響準數(shù)關(guān)聯(lián)式是一種經(jīng)驗公式6第六頁，共六十七頁，2022年，8月28日準數(shù)名稱符號準數(shù)式意義努塞爾特準數(shù)NusseltNuL/表示對流傳熱系數(shù)的準數(shù)雷諾準數(shù)ReynoldsReLu/確定流動狀態(tài)的準數(shù)普蘭特準數(shù)PrandtlPrcp

/表示物性影響的準數(shù)格拉斯霍夫準數(shù)GrashofGrg△tL3

2/2表示自然對流影響的準數(shù)準數(shù)的符號與意義L—傳熱面的特征尺寸m7第七頁，共六十七頁，2022年，8月28日經(jīng)驗公式的應(yīng)用應(yīng)注意以下四點：1、應(yīng)用范圍2、定性尺寸（特性尺寸）各準數(shù)Nu、Re及Gr中的特性尺寸l代表哪一個尺寸，應(yīng)遵照所選用的關(guān)聯(lián)式中規(guī)定尺寸3、定性溫度確定準數(shù)中流體的物性參數(shù)cp、μ、ρ等所依據(jù)的溫度即為定性溫度。主要取決于建立關(guān)聯(lián)式時采用什么方法而定有的用膜溫（即流體進、出口溫度的算術(shù)平均值與壁面溫度平均值，再取兩者的算術(shù)平均值）有的用流體進、出口溫度的算術(shù)平均值8第八頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-17流體做強制對流時的

對流傳熱系數(shù)一、流體在圓形直管內(nèi)強制對流傳熱經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式為：或使用范圍：管長與管徑之比定性尺寸：L取管內(nèi)徑di定性溫度取流體進、出口溫度的算術(shù)平均值流體被加熱時n=0.4；冷卻時n=0.3從分發(fā)展段以后：9第九頁，共六十七頁，2022年，8月28日若使用條件不滿足上述條件時，需修正：當時乘以1.02~1.07的系數(shù)加以修正（1）對于短管（2）壁溫與主體溫度相差較大考慮壁溫對粘度的影響在壁溫未知的情況下當液體被加熱時當液體被冷卻時近似計算尚未從分發(fā)展，滯流內(nèi)層較薄，熱阻?。?）管內(nèi)層流層流導熱自然對流對流傳熱→要求強化→避免層流α↓p226式5-65和式5-6610第十頁，共六十七頁，2022年，8月28日（4）過渡流(Re=2000~10000)因湍流不充分，滯流內(nèi)層較厚，故熱阻大而值減小，此時算得的值須乘以小于1的校正系數(shù)f（5）圓形彎管離心力作用擾動加劇α↑乘以校正系數(shù)

（6）非圓形管道兩個途徑：ⅰ、當量直徑ⅱ、直接根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗公式計算p227式5-7011第十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日分析式中各項物理參數(shù)對對流傳熱系數(shù)α帶來的影響：①其他參數(shù)一定，α與u的0.8次方成正比，說明增大流速有利于α的提高，但隨u↑，阻力∑hf

↑，故應(yīng)適當增大動力。②其它參數(shù)一定，u一定，α與d的0.2次方成反比，改變管徑對α的影響不大。③其它參數(shù)一定，V一定，α與d的1.8次方成反比，改變管徑，縮小管徑將使α↑。12第十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日【補例】列管換熱器的列管內(nèi)徑為15mm，長度為2.0m。管內(nèi)有冷凍鹽水（25%CaCl2）流過，其流速為0.4m/s，溫度自-5℃升至15℃。假定管壁的平均溫度為20℃，試計算管壁與流體間的對流傳熱系數(shù)。解：定性溫度=(-5+15)/2=5℃有關(guān)手冊查得5℃時25%CaCl2的物性為20℃時，則（層流）13第十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日

在本題條件下，管徑較小，管壁和流體間的溫度差也較小，粘度較大，因此自然對流的影響可以忽略，故α可用式(5-65)計算，即

而14第十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日【例5-16】已知Q’=4×105kJ/h，兩個單程換熱器：D=270mm，n=48，φ25×2.5mm，l=3m問：（1）兩個換熱器能否滿足要求？（2）是并還是串？液體溫度℃質(zhì)量流量kg/h比熱kJ/kg·K密度kg/m3導熱系數(shù)W/m·K粘度pa·s入口出口有機液63T2300002.2619500.1721×10-3水28t2200004.18710000.6210.742×10-3分析：滿足工藝要求?K?αi?αo?Ri?Ro?A=nπdlΔtm?T1t1T2?t2?ε-NTU15第十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日t1=28℃t2T1=63℃T12t1T1=63℃t2t3T’212mh1=30000kg/hmh2=20000kg/hm’h1=15000kg/hmh1=15000kg/hmh2=20000kg/h單獨進行計算??16第十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日二、管外強制對流（a）流動情況（b）對流傳熱系數(shù)變化情況（圖中αp表示局部對流傳熱系數(shù)，α表示平均對流傳熱系數(shù)）流體垂直流過單根圓管的流動情況1、流體繞單根圓管的流動情況17第十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日2、流體在管束外橫向流過的對流傳熱式中常數(shù)C1C2和指數(shù)n見表5-5錯列的α比直列時大適用范圍平均α18第十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日3、列管式換熱器19第十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日圖5-30α或使用范圍：特征尺寸：當量直徑de，根據(jù)管子排列形式分別計算；三角形：正方形：流速，可由流體走短路4、無折流板，平流流動，α可用管內(nèi)強制對流。20第二十頁，共六十七頁，2022年，8月28日三、提高對流傳熱系數(shù)的途徑力求使流體在換熱器中達到湍流α↑管內(nèi)管外u↑α↑∑hf↑動力↑也可裝置添加物最佳流速21第二十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日【補例】某車間有一臺運轉(zhuǎn)中的單程列管式換熱器，熱空氣走管程，由120℃降至80℃，其對流傳熱系數(shù)α1=50W/m2·℃。殼程的水被加熱，水進口溫度為15℃，出口升至90℃，其對流傳熱系數(shù)α2=2000W/m2·℃。管壁熱阻及污垢熱阻皆可不計，換熱器系逆流操作。試計算水量增加增加一倍時，水和空氣的出口溫度t2’和T2’為若干。分析：原工況下T1t1T2t2Q=Q’α1α2ΔtmK?A?ms1cp1?ms2cp2?新工況下ms2↑m’s2=2ms2α’1=α1α’2=20.8α2Q和Q’均要變Q=Q’K?A不變對新舊工況進行比較來進行計算22第二十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日解：①舊工況下T1=120℃，T2=80℃，t1=15℃，t2=90℃

α1=50W/（m2·K），α2=2000W/（m2·K），T80←120t15→90△t6530(1)新工況下α’2=20.8α223第二十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日TT’2←120t15→t’2△tT’2-15120-t’2(2)(1)/(2)得：(3)(4)24第二十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日(3)代入(4)，得：(5)聯(lián)立(3)和(5)，得：t‘2=61.9℃，T'2=69.9℃25第二十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-17流體作自然對流時的對流傳熱系數(shù)大容積自然Nu=f(Pr,Gr)

①由圖5-33和圖5-34→α②式子系數(shù)C與指數(shù)n可由表5-6選取。兩種方法：定性溫度用平均溫度（膜溫）定性尺寸見表5-626第二十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-18蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù)1、膜狀冷凝一、蒸汽冷凝的方式冷凝潛熱化工生產(chǎn)中一般是膜狀冷凝2、滴狀冷凝液膜是傳熱的主要熱阻α比膜狀冷凝時大幾倍至十幾倍27第二十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日二、膜狀冷凝的對流傳熱系數(shù)1、蒸汽在垂直管外（或板外）冷凝冷凝液為滯流流動時：冷凝液為湍流流動時：H28第二十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日2、水平圓管外的α拉大管間距①單根蒸汽冷凝器一般采用臥式的更為有利與垂直放置比較②管束29第二十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日3、影響冷凝傳熱的因素液膜呈滯流：△t↑→冷凝速率↑→δ↑→α↓⑴液膜兩側(cè)溫差⑵凝液物性見公式⑶蒸氣的流向與速度⑷蒸氣中不凝性氣體含量的影響p↑→不凝性氣體含量↑→冷凝時形成“氣膜”→α↓↓⑸蒸氣過熱⑹冷凝壁面的影響30第三十頁，共六十七頁，2022年，8月28日【補例】一蒸汽冷凝器，蒸汽冷凝給熱系數(shù)α1=1000W/m2·℃，冷卻水給熱系數(shù)α2=100W/m2℃，已測得冷卻水進、出口溫度分別為t1=30℃，t2=35℃。如將冷卻水的流量增加一倍，蒸汽冷凝量增加多少？（已知該蒸汽在飽和溫度100℃下冷凝，且忽略熱損失）分析：原工況下T1t1T2t2Q=Q’α1α2ΔtmK?A?ms1cp1?ms2cp2?新工況下ms2↑m’s2=2ms2α’1=α1α’2=20.8α2Q和Q’均要變Q=Q’K?A不變對新舊工況進行比較來進行計算31第三十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日解：據(jù)題意可知本題中新工況下?lián)Q熱任務(wù)有變化，故可由T100←100t30→35△t7065式中，原工況時：32第三十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日新工況時α’2=20.8α2T100←100t30→t’2△t70100-t’2∴

33第三十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日由上式解得：t’2=34.1℃

則蒸汽冷凝量之比為：即新工況下蒸汽冷凝量為原工況時的1.64倍討論：Δt’m的變化幅度很小，而K’值的變化卻較大，即冷凝量的增加主要是由于傳熱系數(shù)K’值的提高而所引起的。34第三十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-19沸騰時的對流傳熱系數(shù)在液體的對流傳熱過程中，在液相內(nèi)部有液體不斷汽化的過程，稱為沸騰傳熱過程。沸騰方法：①大容積沸騰；②管內(nèi)沸騰1、沸騰曲線汽化中心“粗糙壁面”具有的氣化核心對沸騰很重要35第三十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日自然對流：△t較小≤5℃，α與q都比較低；泡核沸騰或核狀沸騰：△t>>5~25℃，α與q都急劇增大；△t>25℃，不穩(wěn)定，α與q急劇下降膜狀沸騰：臨界點自然對流泡狀沸騰膜狀沸騰36第三十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日工業(yè)上的沸騰裝置多維持在核狀沸騰狀態(tài)

2、沸騰對流傳熱系數(shù)的計算大容積飽和核狀沸騰(1)各參數(shù)見p244。(2)3、影響沸騰傳熱的因素(1)溫度差的影響應(yīng)盡量在核狀沸騰階段進行操作。(2)操作壓力的影響↑p，強化對流傳熱過程。(3)液體物性的影響(4)加熱面的影響壁面粗糙的，有利表面張力小，有利37第三十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-20對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式小結(jié)38第三十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日的量級空氣中水中總之：油類中39第三十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日注意以下幾點：1、首先分析所處理的問題是屬于哪一類2、選定相應(yīng)的對流傳熱系數(shù)計算式時，特別應(yīng)注意的是所選用的公式所規(guī)定的適用范圍，規(guī)定的特性尺寸，定性溫度等。3、事先不知流型的情況，用試差法來進行計算。4、注意公式中物性數(shù)據(jù)的單位p246-247，表5-840第四十頁，共六十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)輻射傳熱§4-21基本概念輻射：物體以電磁波形式傳遞能量的過程。熱射線：0.4~40μm的可見光與部分紅外線，起決定作用入射輻射Q反射QR穿透QD吸收QA熱射線服從光的反射和折射定律即：D=1透熱體A——吸收率；R——反射率；D——透過率。A=1稱為黑體或絕對黑體；R=1稱為鏡體或絕對白體；41第四十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-22物體的發(fā)射能力

——斯蒂芬-玻爾茲曼蒂定律揭示黑體的輻射能力與其表面溫度的關(guān)系發(fā)射能力（或稱輻射能力）E，單位為W/m2σo——黑體的輻射常數(shù)T——KEo——黑體的輻射能力黑體的輻射系數(shù)

黑度ε：實際物體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比ε恒小于142第四十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日12灰體黑體T1T2§4-23克?；舴蚨苫殷w：凡能以相同的吸收率且部分吸收由0到∞所有波長范圍的輻射能的物體灰體特點：(1)它的吸收率A不隨輻射線的波長而變；(2)它是不透熱體，即A+R=1。理想物體大多數(shù)的工程材料都可視為灰體E1A1Eo(1-A1)EoEoT1>T2

克?；舴蚨山沂玖宋矬w的輻射能力E與吸收率A間的關(guān)系輻射傳熱的結(jié)果為：熱平衡時，即T1=T2時，Q/S=0E1=A1Eo表明任何物體（灰體）的輻射能力與吸收率的比值恒等于同溫度下黑體的輻射能力，即僅和物體的絕對溫度有關(guān)。43第四十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-24兩固體間的相互輻射經(jīng)歷反復(fù)吸收和反射實際兩物體間的輻射傳熱速率為非無限大，距離大時。式中：Q1-2——凈輻射傳熱系數(shù)，W；C1-2——總輻射系數(shù)，W/m2K4；T1、T2——開爾文溫度，K；A——m2；Φ——角系數(shù)44第四十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-25氣體熱輻射的特點（自學）1）氣體輻射和吸收對波長具有強烈的選擇性。氣體輻射與固體輻射有很大的區(qū)別2）氣體輻射是一個容積過程。45第四十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日§4-25熱輻射、對流的聯(lián)合傳熱設(shè)備的外壁溫度高于環(huán)境溫度，此時熱量將以對流和輻射兩種方式自壁面向環(huán)境傳遞而引起熱損失對流傳熱而引起的散熱速率為輻射傳熱而引起的散熱速率為總的散熱速率為：αT=α+αR稱為對流—輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)46第四十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日§6.8間壁式換熱器

管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的、應(yīng)用最廣泛的熱交換設(shè)備。由于它結(jié)構(gòu)堅固，且能選用多種材料制造，故適應(yīng)性極強，尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應(yīng)用。47第四十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日列管式換熱器（管殼式換熱器）一、構(gòu)造48第四十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日§6.8.1列管式換熱器（管殼式換熱器）一、構(gòu)造49第四十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日列管式換熱器（管殼式換熱器）思考：如何判斷壁溫tw、Tw接近哪一個溫度？T、tort0？溫差在50℃以上時，要考慮溫度補償問題50第五十頁，共六十七頁，2022年，8月28日溫度補償問題：換熱器兩端管板和殼體是連為一體的。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，適用于殼體和管束溫差小、管外物料比較清潔、不易結(jié)垢的場合。當殼體和管子之間的溫差較大(60~70℃)且殼體承受壓力不太高時，可采用補償圈（又稱膨脹節(jié)）。補償圈補償-----固定管板式換熱器51第五十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日溫度補償問題：浮頭補償------浮頭式換熱器U型管補償------U型管式換熱器一端管板用法蘭與殼體連接固定，另一端在殼體中自由伸縮，整個管束可以由殼體中拆卸出來。適用于殼體與管束間溫差大且需經(jīng)常進行管內(nèi)外清洗的場合。用于殼體與管子間溫差大的場合，但管內(nèi)清洗比較困難。52第五十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日53第五十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日列管式換熱器（管殼式換熱器）二、選用、設(shè)計原則54第五十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日設(shè)計方法及步驟：列管式換熱器（管殼式換熱器）55第五十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日強化管式換熱器：翅片管式------橫向傳熱面積大，傳熱效率高，總傳熱系數(shù)為光管的四至八倍。其它類型的換熱器56第五十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日57第五十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日板式換熱器其它類型的換熱器板式換熱器是由一組波紋金屬板組成,板上有孔,供傳熱的兩種流體通過.金屬板片安裝在一個側(cè)面有固定板和活動壓緊板的框架內(nèi),并用夾緊螺栓夾緊.板式換熱器作為一種新型、高效、節(jié)能的換熱設(shè)備已越來越在眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,并且有逐步取代其它類型之趨勢.

58第五十八頁，共六十七頁，2022年，