化工原理_19对流传热机理和对流传热系数

1、第五章 传 热5.4 对流传热5.4.1 对流传热机理和对流传热系数5.4.2 对流传热的量纲分析5.4.3 流体无相变时的对流传热系数二、流体在换热器的管间作强制对流换热器管间流体的流动：装有折流挡板。流体的流向和流速不断地变化。在Re100时即可达到湍流。 图5-14 换热器折流挡板二、流体在换热器的管间作强制对流图5-15 管间管束排列形式二、流体在换热器的管间作强制对流0.551 30.36RePrNu凯恩（Kern）法应用范围： 。特性尺寸：传热当量直径。定性温度：除w取壁温外，均取流体进出口温度的算术平均值。36Re2 10 1 10二、流体在换热器的管间作强制对流三、自然对流(P

2、r)nNuc Gr通过实验测得的c和n值列于表5-7中。 第五章 传 热5.4 对流传热5.4.1 对流传热机理和对流传热系数5.4.2 对流传热的量纲分析5.4.3 流体无相变时的对流传热系数5.4.4 流体有相变时的对流传热系数一、蒸汽冷凝传热1.蒸汽冷凝方式图5-16蒸汽冷凝方式滴状冷凝膜状冷凝2.膜状冷凝时的对流传热系数（1）层流膜状冷凝时的对流传热系数膜状冷凝时对流传热系数关系式推导中作了以下假设：冷凝液膜呈层流流动，传热方式为通过液膜的热传导。蒸汽静止不动，对液膜无摩擦阻力。一、蒸汽冷凝传热蒸汽冷凝成液体时所释放的热量仅为冷凝潜热，蒸汽温度和壁面温度保持不变。冷凝液的物性可按平均液

3、膜温度取值，且为常数。一、蒸汽冷凝传热对蒸汽在垂直管外或垂直平板侧的冷凝 1 4230.943rgL t蒸汽的饱和温度与壁面温度之差 swttt 饱和蒸汽的冷凝潜热一、蒸汽冷凝传热 麦克亚当斯(McAdams)建议在工程设计时，应将计算结果提高20%，即1 4231.13()swrgL tt一、蒸汽冷凝传热（2）湍流膜状冷凝时的对流传热系数 当液膜呈现湍流流动时可应用柯克柏瑞德(Kirkbride)的经验公式计算，即1 320.420.0076Refg一、蒸汽冷凝传热冷凝时Ref的计算：Reebfd u当量直径 凝液的平均流速若以 表示凝液的流通面积， 表示润湿周边长度， 表示凝液的质量流率，

4、则有 APmq44RemmfqAqPAP一、蒸汽冷凝传热单位长度润湿周边上的凝液质量流率 mqP 4Ref则从层流到湍流的 临界值一般可取为1800。 Ref一、蒸汽冷凝传热（3）水平管外膜状冷凝时的对流传热系数 对于蒸气在单根水平管外的层流膜状冷凝，努赛尔特曾经获得下述关联式1 4230.725()oswrgd tt特征尺寸管外径一、蒸汽冷凝传热水平管束外冷凝 1 4230.725()oswrgnd tt垂直列上的管数若各列管子在垂直方向上的排数不相等4120.750.750.7512()zmznnnnnnn一、蒸汽冷凝传热比较垂直管外水平管外1 4231.13()swrgL tt1 423

5、0.725()oswrgd tt2式相比140.64OLd水平垂直对于长1.5m，外径20mm的圆管，水平放置时其层流膜状冷凝对流传热系数约为垂直放置时的2倍。一、蒸汽冷凝传热 应予指出，若蒸气中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能为气体（导热系数很小）层所遮盖而增加一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。故在冷凝器的设计和操作中，必须考虑排除不凝气。 一、蒸汽冷凝传热二、液体沸腾传热所谓液体沸腾是指在液体的对流传热过程中，伴有由液相变为气相，即在液相内部产生气泡或气膜的过程。液体沸腾液体沸腾的方式过冷沸腾饱和沸腾 二、液体沸腾传热池内沸腾管内沸腾(流动沸腾或强制对流沸腾)1.液体沸腾曲线图5-

6、17水的沸腾曲线二、液体沸腾传热2.液体沸腾传热的影响因素（1）液体性质的影响 通常，凡是有利于气泡生成和脱离的因素均有助于强化沸腾传热。二、液体沸腾传热（2）温度差的影响 温度差是控制沸腾传热过程的重要参数。一定条件下，多种液体进行泡核沸腾传热时的对流传热系数与的关系可用下式表达，即()nkt二、液体沸腾传热（3）操作压力的影响 提高沸腾操作的压力相当于提高液体的饱和温度，使液体的表面张力和黏度均下降，有利于气泡的生成和脱离。 二、液体沸腾传热（4）加热壁面的影响 加热壁面的材质和粗糙度对沸腾传热有重要影响。清洁而粗糙的加热壁面传热系数较高。加热壁面的布置情况，也对沸腾传热有明显的影响。二、液体沸腾传热3.液体沸腾传热系数的计算1 3Pr()LsfnLLvctQ SCrrg由于沸腾传热的机理相当复杂，目前还没有适当的分析解可以描述整个沸腾传热过程，故其传热系数的计算仍主要借助于经验公式，以下是工业计算中常用的罗森奥（Rohsenow）公式，即二、液体沸腾传热第五章 传 热5.4 对流传热5.4.1 对流传热机理和对流传热系数5.4.2 对流传热的量纲分析5.4.3 流体无相变时的对流传热系数5.4.4 流体有相变时的对流传热系数5.4.5 非牛顿型流体的传热（选读）练 习 题 目思考题