对流与对流传热系数PPT课件

-,1,第四节对流与对流传热系数,的获得主要有三种方法：,用因次分析法、再结合实验，建立经验关系式。,把理论上比较成熟的动量传递的研究成果类比到热量传递过程。,建立理论方程式，用数学分析的方法求出的精确解或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程，如管内层流、平板上层流等。,-,2,4-15影响对流传热系数的因素,一、引起流动的原因,(1-2)g=2gt,1强制对流：通过外力对流体作功迫使流体流动,2自然对流：由于流体内部存在温度差而引起的流动,设1、2分别代表温度为t1、t2两点流体的密度，为其平均体积膨胀系数；,如果t1525，与q都急剧增大；,t25，不稳定，与q急剧下降,膜状沸腾：,临界点,-,37,工业上的沸腾装置多维持在核状沸腾状态,2、沸腾对流传热系数的计算,大容积饱和核状沸腾,(1),各参数见p244。,(2),3、影响沸腾传热的因素,(1)温度差的影响应尽量在核状沸腾阶段进行操作。,(2)操作压力的影响p，强化对流传热过程。,(3)液体物性的影响,(4)加热面的影响,壁面粗糙的，有利,表面张力小，有利,-,38,4-20对流传热系数关联式小结,-,39,的量级,空气中,水中,总之：,油类中,-,40,注意以下几点：,1、首先分析所处理的问题是属于哪一类,2、选定相应的对流传热系数计算式时，特别应注意的是所选用的公式所规定的适用范围，规定的特性尺寸，定性温度等。,3、事先不知流型的情况，用试差法来进行计算。,4、注意公式中物性数据的单位,p246-247，表5-8,-,41,第三节辐射传热,4-21基本概念,辐射：物体以电磁波形式传递能量的过程。,热射线：0.440m的可见光与部分红外线，起决定作用,热射线服从光的反射和折射定律,即：,D=1透热体,A吸收率；R反射率；D透过率。,A=1称为黑体或绝对黑体；,R=1称为镜体或绝对白体；,-,42,4-22物体的发射能力斯蒂芬-玻尔兹曼蒂定律,揭示黑体的辐射能力与其表面温度的关系,发射能力（或称辐射能力）,E，单位为W/m2,o黑体的辐射常数,TK,Eo黑体的辐射能力,黑体的辐射系数,黑度：,实际物体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比,恒小于1,-,43,4-23克希霍夫定律,灰体：,凡能以相同的吸收率且部分吸收由0到所有波长范围的辐射能的物体,灰体特点：,(1)它的吸收率A不随辐射线的波长而变；,(2)它是不透热体，即A+R=1。,理想物体,大多数的工程材料都可视为灰体,T1T2,克希霍夫定律揭示了物体的辐射能力E与吸收率A间的关系,辐射传热的结果为：,热平衡时，即T1=T2时，Q/S=0,E1=A1Eo,表明任何物体（灰体）的辐射能力与吸收率的比值恒等于同温度下黑体的辐射能力，即仅和物体的绝对温度有关。,-,44,4-24两固体间的相互辐射,经历反复吸收和反射,实际两物体间的辐射传热速率为,非无限大，距离大时。,式中：Q1-2净辐射传热系数，W；C1-2总辐射系数，W/m2K4；,T1、T2开尔文温度，K；Am2；,角系数,-,45,4-25气体热辐射的特点（自学）,1）气体辐射和吸收对波长具有强烈的选择性。,气体辐射与固体辐射有很大的区别,2）气体辐射是一个容积过程。,-,46,4-25热辐射、对流的联合传热,设备的外壁温度高于环境温度，此时热量将以对流和辐射两种方式自壁面向环境传递而引起热损失,对流传热而引起的散热速率为,辐射传热而引起的散热速率为,总的散热速率为：,T=+R称为对流辐射联合传热系数,-,47,6.8间壁式换热器,管壳式换热器是一种传统的、应用最广泛的热交换设备。由于它结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。,-,48,列管式换热器（管壳式换热器）,一、构造,-,49,6.8.1列管式换热器（管壳式换热器）,一、构造,-,50,列管式换热器（管壳式换热器）,思考：如何判断壁温tw、Tw接近哪一个温度？T、tort0？,温差在50以上时，要考虑温度补偿问题,-,51,温度补偿问题：,换热器两端管板和壳体是连为一体的。其特点是结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。当壳体和管子之间的温差较大(6070)且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。,补偿圈补偿-固定管板式换热器,-,52,温度补偿问题：,浮头补偿-浮头式换热器U型管补偿-U型管式换热器,一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来。适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的场合。,用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难。,-,53,-,54,列管式换热器（管壳式换热器）,二、选用、设计原则,-,55,设计方法及步骤：,列管式换热器（管壳式换热器）,-,56,强化管式换热器：翅片管式-横向传热面积大，传热效率高，总传热系数为光管的四至八倍。,其它类型的换热器,-,57,-,58,板式换热器,其它类型的换热器,板式换热器是由一组波纹金属板组成,板上有孔,供传热的两种流体通过.金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内,并用夹紧螺栓夹紧.板式换热器作为一种新型、高效、节能的换热设备已越来越在众多领域广泛应用,并且有逐步取代其它类型之趋势.,-,59,板式换热器,-,60,板式换热器,强化管式换热器,折流杆换热器,-,61,螺旋板换热器：,传热效率高传热效率为列管式换热器的13倍阻力小以较低的压力损失，处理大容量蒸气或气体；有自清刷能力，因其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许流速比其它换热器高。,-,62,螺旋板式换热器,-,63,热管,-,64,-,65,换热器的强化途径,强化传热,提高传热速率,K,A,tm,一、增大传热面积A,已有的换热器,A定值,从分利用其有效的传热面积,设计,A,Q,设备费,有局限性,二、增大平均温度差tm,tm取决于冷热流体的初、终温,物料的温度由生产工艺所决定，一般不能随意变动,冷却和加热介质的温度则因选择的介质不同而异，应考虑技术上的可能性和经济上的合理性。,-,66,三、增大总传热系数K,强化传热的最有效途径,i、o接近时,i、o差别较大时,应予以同时提高,应提高小的,提高K值,热阻主要集中在靠近管壁的层流底层,强化传热的办法应从以下几方面考虑：,1、增加湍动程度，以减少层流底层的厚度,（1）、u,（2）、改变流动条件，通过设计特殊的传热壁面，使流体在流动过程中不断改变流动方向，提高湍动程度。,-