化工原理B（上）：5-4 对流传热系数关联式

1第四节对流传热系数关联式5-13对流传热系数的影响因素5-14对流传热系数经验关联式的建立5-15无相变时强制对流传热系数的经验关联式5-16大空间的自然对流传热5-17有相变时的对流传热系数25-13影响对流传热系数

的因素1.引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。

强

>自

2.流体的物性

，

，

，cp

35.是否发生相变蒸汽冷凝、液体沸腾

相变

>无相变4.传热面的形状，大小和位置形状：如管、板、管束等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。3.流动形态

层流、湍流

湍

>层

45-14对流传热系数经验关联式的建立一、因次分析

式中

l——特性尺寸；

u——特征流速;

g

t——单位体积流体的上升力。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度

变量总数：8个由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。

＝f(u，l，

，

，cp，

，

g

t)5

Nusselt待定准数Reynolds，流动型态对对流传热的影响Prandtl，流体物性对对流传热的影响Grashof，自然对流对对流传热的影响6定性温度的取法：二、定性温度、特性尺寸的确定2．特性尺寸取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。3．准数关联式的适用范围。1．确定物性参数数值的温度称为定性温度。7无相变有相变一、强制对流时的对流传热系数管内管外二、自然对流时的对流传热系数管束外换热器管间湍流层流三、蒸汽冷凝时的对流传热系数四、液体沸腾时的对流传热系数8三、实验安排及结果整理以强制湍流为例：Nu＝CReaPrn1．采用不同Pr的流体，固定Re

lgNu＝nlgPr＋lgCRea双对数坐标系得一直线，斜率为n2．用某一Pr的流体在不同的Re下

lgNu/Prn＝algRe＋lgC双对数坐标系中得一直线斜率为a，截距为CPrNunReNu/PrnCa9一、流体在管内的强制对流适用范围：

Re>10000，0.6<Pr<160，

<2mPa.s，l/d>505-15无相变时强制对流传热系数的经验关联式1．流体在圆形直管内的强制湍流（5-63）10

特征尺寸为管内径di

流体被加热时，n＝0.4；被冷却时，n＝0.3。注意事项：定性温度取11强化措施：

u,u0.8

d,1/d0.2

流体物性的影响，选大的流体12以下是对上面的公式进行修正：(1)高粘度

Re>10000，0.6<Pr<160，l/d>50定性温度取tm；特征尺寸为di(5-64)13(2)l/d<50

(3)过渡流（2000<Re<10000)

(4)弯曲管内

(5-67)(5-68)14(5)非圆形管强制湍流1)当量直径法2)直接实验法套管环隙:水-空气系统适用范围：

12000<Re<220000；d2/d1=1.65~17

其中d1为内管外径，d2为外管内径用de代替di计算，u不能用de计算,要用实际的流通面积计算（5-70）15P198(5-13)解：16P198(5-14)解：17P198(5-15)解：原操作工况，其传热量为：18P198(5-19)解：19P198(5-20)解：20P198(5-21)解：21

例题一列管式换热器，由38根

25×2.5mm的无缝钢管组成，苯在管内流动，由20℃加热到80℃，苯的流量为8.32kg/s，外壳中通入水蒸气进行加热，求：（1）管壁对苯的对流传热系数；（2）管子换为

19×2mm，管壁对苯的对流传热系数；（3）当苯的流量提高一倍，对流传热系数变化如何？已知：苯的物性22特点：1）物性特别是粘度受管内温度不均匀性的影响，导致速度分布受热流方向影响。

2）层流的对流传热系数受自然对流影响严重使得对流传热系数提高。

3）层流要求的进口段长度长，实际进口段小时，对流传热系数提高。

2.流体在圆形管内作强制层流23热流方向对层流速度分布的影响24适用范围：当：定性温度：（5-65）25二、管外强制对流的对流传热系数

1.流体在管束外垂直流过26在换热器内单排管：（5-71）27整个管束：定性温度：适用范围：特性尺寸：管的外径do

282．流体在换热器壳程的流动挡板形式：圆形、圆缺形29壳程流体的对流传热系数（圆缺形）：

定性温度：正方形排列：正三角形排列：特征尺寸：当量直径ded0tt（5-72）30流速u按流通截面最大处的截面计算：式中h——两块折流挡板间距离，m；

D——换热器壳径，m；

do——管子的外径，m；

t——相邻两管中心距，m。31注意：换热器无折流挡板时，流体平行流过管束，对流给热系数按管内强制对流计算，但管子的内径换为当量直径(见

P198,5-22)。提高壳程对流传热系数的措施：3）加强湍动，

2）1）总之，提高给热系数的途径见P176(三）32P198(5-22)335-16大空间的自然对流传热

注意：c,n与传热面的形状（管或板）、放置位置（垂直、水平）有关。定性温度：膜温特征尺寸：垂直的管或板为高度水平管为管外径34一、蒸汽冷凝1.冷凝方式：滴状冷凝和膜状冷凝5-17有相变时的对流传热系数

滴>膜

352.冷凝过程的热阻：液膜的厚度

3.蒸汽冷凝的

1）水平管束外式中n——水平管束在垂直列上的管子数；

r——汽化潜热（ts下），kJ/kg。特性尺寸l：管外径do定性温度：膜温

（5-80）36湍流2）竖壁或竖管上的冷凝层流适用条件：Re<1800适用条件：Re>1800特性尺寸l：管或板高H定性温度：膜温

374．冷凝传热的影响因素和强化措施1)流体物性冷凝液

,

；冷凝液

,；潜热r

,

2)温差液膜层流流动时，t=ts－tW

，,3)不凝气体

不凝气体存在，导致，定期排放。4）蒸汽流速与流向（u>10m/s）同向时，；反向时，；u385)蒸汽过热包括冷却和冷凝两个过程。6)冷凝面的形状和位置目的：减少冷凝液膜的厚度垂直板或管：开纵向沟槽；水平管束：可采用错列39沸腾种类1）大容积沸腾

2）管内沸腾1.汽泡产生的条件问题：为什么汽泡只在加热面个别地方产生？过热度：

t=tW－ts

汽化核心：一般为粗糙加热面的细小凹缝处汽化核心

生成汽泡

长大

脱离壁面

新汽泡形成

搅动液层

二、液体沸腾402.沸腾曲线

1）自然对流阶段

t<5

C2）

核状沸腾阶段

25C>

t>5

C3）膜状沸腾

t>25

C工业上：