《化工原理》第十三讲

1、第十三讲主要内容第四章 传热重点难点4-5 对流传热系数关联式一、获得的方法二、影响的因素三、对流传热过程量纲分析四、流体无相变时的对流传热系数关联式五、有相变的对流传热一、获得的方法二、影响的因素三、对流传热无因次准数及其物理意义四、流体无相变时管内强制湍流传热系数关联式及其适用范围五、蒸汽冷凝和液体沸腾的特点、原理及其影响因素流体无相变时管内强制湍流对对流传热系数的影响因素及其影响机理4-5 对流传热系数关联式一、获得的方法1、解析法对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算方程和速率方程，在少数简单的情况下可以联立求解流场的温度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律得形式，

2、获得给热系数的理论计算式，如：管内强制层流时的对流传热系数求解2、数学模型法对给热过程做出简化的物理模型和数学描述，用实验检验或修正模型，确定模型参数，如：蒸汽在管外冷凝时的对流传热系数的求解3、量纲分析法（实验方法）将影响对流传热系数的因素无量纲化，通过实验决定无量纲特征参数之间的关系，即理论指导下的实验研究方法。4-5 对流传热系数关联式二、影响的因素1、流体的种类和相变化情况 气体、液体，牛顿型流体、非牛顿型流体2、流体的物性（4）（1）（2）（3）cp（影响雷诺数大小）（单位体积流体所具有的热容量，表征对流传热的强度）（体积膨胀系数，越大所产生的密度差别越大，有利于传热）4-5 对流传

3、热系数关联式3、流体的温度流体与壁面的温度差t、流体物性随温度变化的程度、附加自然对流4、流体流动状态5、流体流动原因6、传热面形状、位置和大小层流、湍流4-5 对流传热系数关联式三、对流传热过程量纲分析1、流体无相变时的对流传热过程其影响因素有：（1）、流体的物理性质，cp，（2）、固体表面的特征尺寸l（3）、强制对流的流速u（4）、自然对流的特征速度gt用定理进行量纲分析，得到四个无因次准数努塞尔特数Nu反映对流使传热增大的倍数雷诺数 Re普兰特数Pr格拉斯霍夫数Gr惯性力与粘性力之比，用以表征流体的运动状态反映物性对给热过程的影响，液体的Pr值远大于1，气体的Pr值小于1，接近于1表征自

4、然对流的流动状态4-5 对流传热系数关联式 、取流体的进出口温度的平均值t=(t1+t2)/2 、取壁面的平均温度tw 、取膜温，即流体和壁面的平均温度如何确定壁温？P268取对流传热系数较大侧流体的壁面温度（1）、定性温度2、应用准数关联式需要注意的问题4-5 对流传热系数关联式（2）、特征尺寸 、何为特征尺寸？ 对传热过程产生直接影响的几何尺寸 、如何确定特征尺寸？对流体流动和传热发生主要影响的尺寸。传热当量直径de，流动当量直径de4-5 对流传热系数关联式四、流体无相变时的对流传热系数关联式1、流体在圆管内做强制湍流该公式的适用范围！1、Re100002、0.7Pr1，流体被加热时，粘

5、度减小，层流内层厚度减薄，使给热系数增大。导热系数也减小，层流内层温度高于主体温度。大多数气体Pr104,当流量增加一倍，管径不变，则为原来的 倍；将管径减小一半，流量不变，则为原来的 倍；若流量、管径不变，而将管程数增加一倍，则为原来的 倍。5、用饱和水蒸气在套管换热器内加热冷空气，此时，管壁温度接近于 的温度。6、液体在被加热时的对流传热系数 其被冷却时的对流传热系数，气体在被加热时的对流传热系数 其被冷却时的对流传热系数（用“大于”，“小于”，“等于”填空）7、Nu= 其物理意义是 ，Pr= ,表示 。8、流体对固体壁面的对流传热热阻主要集中在 。9、圆筒壁的导热热阻表达式为 ，流体对流

6、传热热阻表达式为 。五、有相变的对流传热特点：对流传热系数较无相变时大，为什么？4-5 对流传热系数关联式1、蒸汽冷凝（1）蒸汽冷凝的特点气相主体不存在温度差，没有热阻，蒸汽冷凝给热的热阻几乎全部集中在冷凝液膜中工业上使用饱和蒸汽作为加热介质的原因：一是饱和蒸汽有恒定的温度二是有较大的对流传热系数滴状冷凝系数比膜状冷凝系数可以高达几倍甚至十几倍，为什么？但工业上冷凝器的设计却又总是按膜状冷凝来处理，为什么？（2）冷凝液在壁面上的流动方式膜状冷凝滴状冷凝因为即使采用了促进滴状冷凝的措施也不能持久（3）影响冷凝传热的因素不凝气体导致的附加热阻，蒸汽中有1%的不凝气体时，冷凝给热系数将降低60%蒸汽

7、过热的影响，即壁温的影响，壁温与蒸汽的饱和温度比较蒸汽的流速和流向对膜层厚度的影响（4）冷凝传热的强化措施设法减薄液膜厚度，具体有：对垂直壁面，开若干纵向沟槽，使冷凝液沿沟槽流下；沿垂直壁面装若干金属丝；装内插物，如螺旋圈，分散冷凝液。4-5 对流传热系数关联式2、液体沸腾（1）工业上液体沸腾的方法大容积沸腾管内沸腾（2）沸腾机理1、液体需要有过热度，其原因如下：2、需要有汽化核心，粗糙表面容易成为汽化核心（1）、气泡存在的必要条件：其内部的蒸汽压必须等于液层表面的压强与液层静压强之和（2）、凹面的蒸汽压小于同温度下平面的饱和蒸汽压液体沸腾时，汽泡产生的2个必要条件：凹缝侧壁对气泡有依托作用，

8、故产生相同半径的气泡所需要的表面功较小凹缝底部吸附的微量空气和蒸汽，可成为气泡的胚胎，使初生气泡曲率半径增大，所需的过热度较小。粗糙表面的细小凹缝易于成为汽化核心的原因：沸腾过程中的暴沸现象：沸腾过程不平稳容易在光滑表面形成。原因是需要较大的过热度，暴沸之后过热度丧失，蒸发过程不平稳，暴沸对传热过程不利（4）大容积饱和沸腾曲线自然对流阶段泡状沸腾阶段 nucleate boiling膜状沸腾阶段film boiling问：1、沸腾曲线分为几个阶段？各有什么特点?2、工业生产中沸腾操作一般总是设法控制在什么阶段？为什么？（5）影响沸腾传热的因素液体的性质。增大使沸腾传热系数增大，增大使沸腾传热系数减小温度差t操作压强沸腾操作压强增大，液体的饱和温度提高， 减小，有利于提高和q加热壁面清洁的、粗糙的加热壁面有利于沸腾传热；被油脂玷污的壁面不利于沸腾传热沸腾传热强化：采用机械加工或表面腐蚀的方法，使加热表面粗糙化：如将细小的金属颗粒（如铜）通过釺焊或烧结固定于金属板或金属管上制成多孔金属