工程热力学和传热学16对流换热计算

第16章各种对流换热过程的特点和计算公式，第1节强制对流换热，第2节自然对流换热，第3节蒸汽冷凝换热，第4节液体沸腾换热，第、1节。火管锅炉炉胆热流密度为48000瓦/平方米，钢板炉胆厚度为20毫米，尽量找出内外壁温差，炉胆两侧设置：(1)无污垢；(2)水面一侧积有1.5毫米厚的水垢；(3)一边有1.5的水，另一边有2 厚的烟灰。蒸汽管的外径为108毫米，管的外侧覆盖有隔热材料=0.1瓦/(千牛顿)，蒸汽温度为330(由于蒸汽和管壁之间的对流热阻和管壁的热传导热阻远小于隔热材料的热阻，可以省略，隔热层内壁的温度可以近似认为等于蒸汽的温度)。如果保温层外壁表面的温度不超过40，每米管道长度的热损失不超过QL=150瓦/米，试着找出保温层的最小厚度。管内湍流传热最广泛使用的实验关联式是德贝-伯特公式：当加热流体时，当冷却流体时。其中：的定性温度是流体的平均温度，特征长度是管道的内径。实验验证范围：该公式适用于流体与壁面温差中等或较低的场合。层流、湍流、短管修正进口段的薄热边界层和高对流传热系数。在湍流：中，弯曲校正螺线管增强了热交换。为此，有一个弯曲校正系数：对于气体到液体、没有粘度，速度分布没有失真，有粘度，粘度越大，失真越严重。大温差校正，实际上，横截面上的温度不均匀，导致速度分布失真。通常，在关联式中引入修正系数来考虑非均匀物理特性场对传热的影响。对于大温差，可采用以下公式进行计算。当气体被加热时，当气体被冷却时，当液体被冷却时，以及当液体被加热时，外部流动强制对流传热实验关联式。外流：传热壁上的流动边界层和热边界层可以自由发展，不受相邻壁的限制。(1)横掠单管传热实验关联。交叉扫描单管：流体沿垂直于管轴的方向流过管表面。这种流动具有边界层的特征，还会有流动脱落。边界层的增长和分离决定了后掠圆管的传热特性。可以采用以下分段幂相关公式：公式中，c和n的值如下表所示；定性温度是管道的特征长度和外径。该数的特征速度是来流速度的实验验证范围：，。对于气体穿过非圆形截面的圆柱体或管道的对流传热，注意：指数c和n的值如下表所示。表中所示的几何尺寸l是用于计算和计数的特征长度。(2)扫掠管束传热的实验关联。扫掠管束在热交换器中最常见。通常，管以两种方式排列，即交错和平行。叉排换热强，阻力损失大，清洗困难。除了影响管束传热的除数外，还有以下因素：交错或平行排列；管间距；管束数量等。气体通过10排以上管束的实验关联式如下：定性温度以特征长度为管外径d为特征，数量上的流速为整个管束最窄处的流速。实验验证范围：c和m值见下表。干扰的影响在附着点，流体温度等于壁面温度tW，并在远离壁面的方向上逐渐降低到环境温度。自然对流：由流体本身不均匀的温度场引起的流动，不受泵或风扇等外力的推动。一般来说，不均匀温度场只出现在换热壁附近的薄层中。速度分布的温度分布随x 1变化。无限空间中的自然对流传热。流体在热交换表面附近的运动仅取决于热交换表面的形状、尺寸和温度，与空间外壳的壁无关。因此，它被称为无限空间中的自然对流传热。流体的冷却和加热过程互不影响，边界层不受干扰。下列相关公式在工程中被广泛使用：在该公式中，定性温度是两者之差，对于符合理想气体性质的气体。特征长度的选择：垂直壁和垂直圆筒取高度，水平圆筒取外径。无限空间自然对流传热的实验关联式，2，有限空间自然对流传热的一般关联式是，上面我们分析了无相变的对流传热，包括强制对流传热和自然对流传热，下面我们将遇到有相变的对流传热，也称为相变传热，目前涉及冷凝传热和沸腾传热。相变传热的特点：由于潜热释放和相变过程的复杂性，它比单相对流传热更复杂。因此，目前，工程只能帮助经验公式和实验关联。在凝结过程中，膜状凝结沿整个壁面形成一层薄膜，并在重力作用下流动。冷凝释放的汽化潜热必须通过液膜。因此，液膜的厚度直接影响传热。珠状凝结当凝结的液体不能很好地渗透到壁面时，许多小液珠形成在壁面上。此时，部分墙面与蒸汽直接接触。因此，热交换速率远大于膜冷凝速率(可能是几倍甚至一个数量级)，液膜越厚， x越小。液膜中的温度分布是线性的。珠状冷凝可视化照片，2、单根水平管上的薄膜冷凝，3、水平管束上的薄膜冷凝，因为从上一排水平管到下一排水平管的冷凝流会使液膜增厚并降低传热系数。(4)影响冷凝传热的主要因素，(2)蒸汽中所含不凝性气体的影响，如空气或蒸汽中所含的其他不凝性气体，传热系数会显著下降。在氟利昂制冷机组中，一旦空气混入氟利昂，非冷凝空气将聚集在冷凝管壁附近，严重影响氟利昂蒸汽的冷凝换热，导致冷凝器压力过高。因此，冷凝器中积聚的空气必须排出，以改善冷凝热交换过程，并使冷凝压力恢复正常。第4节液体沸腾热交换、沸腾热交换现象、蒸汽锅炉烹饪和许多其他工业过程，1生活中的例子，定义：沸腾：在工作介质内部形成大量气泡并从液体转化为气体的急剧蒸发过程；b沸腾换热：指一种传热方法，其中工作介质通过气泡运动带走热量并将其冷却；3分类：沸腾有许多分类；这本书只介绍了普通的大型容器沸腾(池中沸腾)和强制对流沸腾，每一种沸腾都分为过冷沸腾和饱和沸腾。大容器沸腾(池沸腾):当加热壁浸没在具有自由表面的液体中时发生的沸腾；强制对流沸腾：强制对流沸腾，受热面，过冷沸腾：指液体主流尚未达到饱和温度，即处于过冷状态，在壁面上开始产生气泡，称为过冷沸腾。饱和沸腾：指液体主体温度发生反应时发生的沸腾(2)对于稳定的膜沸腾，传热系数比冷凝小得多，因为热量必须通过热阻较高的蒸汽膜。沸腾传热计算公式，沸腾传热也是对流传热的一种，因此，牛顿的冷却公式仍然适用，即对于许多不同的沸腾传热计算公式，罗森公式广泛适用于强制对流传热公式。由于沸腾传热也是对流传热，st=f(Re，Pr)也应适用。正是通过这种方式，罗森塔尔通过大量的实验获得了如下的实验关联：在公式中，r-汽化潜热；Cpl饱和液体的比恒压热容g重力加速度l饱和液体的动态粘度Cwl经验常数q，取决于受热面和沸腾传热的液