《换热器教学》PPT课件.ppt

三、流体无相变时的对流传热系数,1、流体在管内作强制对流1）流体在圆形直管内作强制湍流a)低粘度（大约低于2倍常温水的粘度）流体,当流体被加热时n=0.4，流体被冷却时，n=0.3。,管长与管径比,将计算所得的乘以,应用范围：,特征尺寸：,Nu、Re等准数中的l取为管内径di。,定性温度：,取为流体进、出口温度的算术平均值。,b)高粘度的液体,为考虑热流体方向的校正项。,在工程上，液体被加热时，液体被冷却时，气体（不论被加热还是冷却），,应用范围：,特征尺寸：,取为管内径di。,定性温度：,除w取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的算术平均值。,2)流体在圆形直管内作强制滞流当管径较小，流体与壁面间的温度差较小，自然对流对强制滞流的传热的影响可以忽略时,应用范围：,特征尺寸：,管内径di。,定性温度：,除w取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的算术平均值。,按上式计算出后，再乘以一校正因子,3）流体在圆形直管内呈过渡流对于Re=230010000时的过渡流范围，先按湍流的公式计算，然后再乘以校正系数f。,4）流体在弯管内作强制对流,:弯管：直管R：曲率半径,5）流体在非圆形管中作强制对流对于非圆形管内对流传热系数的计算，前面有关的经验式都适用，只是要将圆管内径改为当量直径de。套管环隙中的对流传热，用水和空气做实验，所得的关联式为：,应用范围：,Re=12000220000，d1/d2=1.6517,特征尺寸：,当量直径de,定性温度：,流体进出口温度的算术平均值。,2、流体在管外强制对流,1）流体在管束外强制垂直流动,流体在错列管束外流过时，平均对流传热系数,流体在直列管束外流过时，平均对流传热系数,应用范围：,特征尺寸：,管外径do，流速取流体通过每排管子中最狭窄通道处的速度。其中错列管距最狭窄处的距离应在（x1-do）和2（t-do）两者中取小者。,注意：管束排数应为10，若不是10时，计算结果应校正。,2）流体在换热器的管间流动,当管外装有割去25%直径的圆缺形折流板时，壳方的对流传热系数关联式为：a)多诺呼(Donohue)法,应用范围：,Re=32104,特征尺寸：,管外径do，流速取换热器中心附近管排中最窄通道处的速度,定性温度：,除w取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的算术平均值。,b)凯恩（Kern）法,应用范围：,Re=2103106,定性尺寸：,当量直径de。,定性温度：,除w取壁温以外，其余均取液体进、出口温度的算术平均值。,当量直径可根据管子排列的情况别用不同式子进行计算：,管子呈正方形排列时：,管子呈三角形排列时：,管外流速可以根据流体流过的最大截面积S计算,3、自然对流,对于大空间的自然对流，比如管道或传热设备的表面与周围大气层之间的对流传热，通过实验侧得的c,n的值在表4-9中。,定性温度：,壁温tw和流体进出口平均温度的算术平均值，膜温。,4、提高对流传热系数的途径,1）流体作湍流流动时的传热系数远大于层流时的传热系数，并且Re，应力求使流体在换热器内达到湍流流动。2）湍流时，圆形直管中的对流传热系数,与流速的0.8呈正比，与管径的0.2次方呈反比，在流体阻力允许的情况下，增大流速比减小管径对提高对流传热系数的效果更为显著。3）流体在换热器管间流过时，在管外加流板的情况,对流传热系数与流速的0.55次方成正比，而与当量直径的0.45次方成反比,设置折流板提高流速和缩小管子的当量直径，对加大对流传热系数均有较显著的作用。4)不论管内还是管外，提高流u都能增大对流传热系数，但是增大u，流动阻力一般按流速的平方增加，应根据具体情况选择最佳的流速。5）除增加流速外，可在管内装置如麻花铁或选用螺纹管的方法，增加流体的湍动程度，对流传热系数增大，但此时能耗增加。,四、流体有相变时的对流传热系数,1、蒸汽冷凝时的对流传热系数1）蒸汽冷凝的方式a)膜状冷凝：,若冷凝液能够浸润壁面，在壁面上形成一完整的液膜,b)滴状冷凝：,若冷凝液体不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下,2）膜状冷凝的传热系数a)蒸汽在垂直管外或垂直平板侧的冷凝假设：冷凝液的物性为常数，可取平均液膜温度下的数值。一蒸汽冷凝成液体时所传递的热量，仅仅是冷凝潜热蒸汽静止不动，对液膜无摩擦阻力。冷凝液膜成层流流动，传热方式仅为通过液膜进行的热传导。,修正后,定性尺寸：,H取垂直管或板的高度。,定性温度：,蒸汽冷凝潜热r取其饱和温度t0下的值，其余物性取液膜平均温度。,应用范围：,若用无因次冷凝传热系数来表示，可得：,若膜层为湍流（Re1800）时,滞流时，Re值增加，减小；湍流时，Re值增加，增大；,b)蒸汽在水平管外冷凝,c)蒸汽在水平管束外冷凝,3）影响冷凝传热的因素a）冷凝液膜两侧的温度差t当液膜呈滞流流动时，若t加大，则蒸汽冷凝速率增加，液膜厚度增厚，冷凝传热系数降低。b）流体物性液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。c)蒸汽的流速和流向蒸汽和液膜同向流动，厚度减薄，使增大；蒸汽和液膜逆向流动，减小，摩擦力超过液膜重力时，液膜被蒸汽吹离壁面，当蒸汽流速增加，急剧增大；,d)蒸汽中不凝气体含量的影响蒸汽中含有空气或其它不凝气体，壁面可能为气体层所遮盖，增加了一层附加热阻，使急剧下降。e)冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，液膜增厚，使传热系数下降。例如管束，冷凝液面从上面各排流动下面各排，使液膜逐渐增厚，因此下面管子的要比上排的为低。冷凝面的表面情况对影响也很大，若壁面粗糙不平或有氧化层，使膜层加厚，增加膜层阻力，下降。,2、液体沸腾时的对流传热系数,液体沸腾,大容积沸腾,管内沸腾,1）沸腾曲线,当温度差较小时，液体内部产生自然对流，较小，且随温度升高较慢。当t逐渐升高，在加热表面的局部位置产生气泡，该局部位置称为气化核心。气泡产生的速度t随上升而增加，急剧增大。称为泡核沸腾或核状沸腾。,当t再增大，加热面的气化核心数进一步增多，且气泡产生的速度大于它脱离表面的速度，气泡在脱离表面前连接起来，形成一层不稳定的蒸汽膜。当t在增大，由于加热面具有很高温度，辐射的影响愈来愈显著，又随之增大，这段称为稳定的膜状沸腾。由核状沸腾向膜状沸腾过渡的转折点C称为临界点。临界点所对应的温差、热通量、对流传热系数分别称为临界温差，临界热通量和临界对流传热系数。工业生产中，一般应维持在核状沸腾区域内操作。,2）沸腾传热系数的计算,式中：,壁面过热度。,对比压强,应用条件：,3）影响沸腾传热的因素a)液体性质的影响一般情况下，随、的增加而加大，而随和增加而减小。,b）温度差t的影响,c)操作压强的影响提高沸腾压强，液体的表面张力和粘度均下降，有利于气泡的生成和脱离，强化了沸腾传热。在相同t的下，传热系数增加。d)加热表面的影响新的或清洁的加热面，较高。当壁面被油脂沾污后，会使急剧下降。壁面愈粗糙，气泡核心愈多，有利于沸腾传热。加热面的布置情况，对沸腾传热也有明显的影响。,234壁温计算,选择热交换器的类型和管子材料