清华大学化工原理05第五章传热3.ppt

1、 化 工 原 理 （上）,主讲人：戴猷元 2003.2,目 录,绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动 第四章 非均相物系的分离 第五章 传热 第六章 蒸发 总结,第五章 传 热,第一节 概述 第二节 热传导 第三节 对流传热 第四节 两流体间的传热 第五节 对流传热系数的关联式 第六节 热辐射 第七节 换热器,第五节 对流传热系数的关联式,一、影响传热膜系数的因素 1、流体流动状态 层流：忽略自然对流时，层流底层r 湍流：主要热阻在层流层，Re，边界层减薄， （注意管件、内构件影响，Re2000？）,2、引起流动的原因 自然对流时，近壁面处温度t 主

2、流t1 膨胀公式： 体积膨胀系数。 强制对流与Re有关。,3、物性： 都是t的函数 4、传热面形状，大小，位置。（特征尺寸） 5、有无相变化,二、对流传热中的因次分析法 按确定的几何形状讨论 经因次分析可以得到 Nusselt Reynolds Prandt Grashof (对流传热) (流动) (物性) (自然对流),1、应用范围：Re，Pr 2、定性尺寸： 3、定性温度： 物性值,三、流体在管内强制对流的 1、圆形直管内，强制湍流 1) 低粘度流体（2倍常温水粘度） ,流体被加热n0.4，流体被冷却n0.3， 热流方向的影响，主要影响边界层厚度（ 值变化） 定性尺寸di 定性温度 管壁温

3、度与流体平均温度相差不大（与有关，水不超过2030，油不超过10） 边界层形成（形体阻力）短 长,2)高粘度流体（温差过大）,2、圆形直管内，强制滞流 1) 速度分布不同 复杂性 2) 存在自然对流影响 3) 入口段较大100d （Re2000）,1)忽略自然对流影响,2),(4) l/d50 乘以校正系数 40 30 20 15 10 1.02 1.05 1.13 1.18 1.28 (5) 垂直管 流动方向与自然对流方向一致，+15% 流动方向与自然对流方向相反，-15%,3、圆形直管过渡流 Re230010000之间，用湍流公式乘以 4、弯曲圆管内：由于离心力的作用，加速湍动产生二次环流

4、,5、非圆形管,四、流体在管外强制对流的 1、管外流体平行流过：de的计算。 2、管外流体垂直流过 1)单管 边界层增厚 边界层脱离 Re小时，层流边界层（低点）脱离 Re大时，层流边界层（低点）湍流边界层境厚脱离,2) 管束 Re3000 do，u取最狭处： 定性温度 排数不为10，乘以校正系数。,3) 换热器管间流动 流速，流向不断变化，Re100湍流 挡板形式，（圆缺挡板） 出现旁流，不能达到垂直流动 若圆缺挡板，截去25。,小结： 1、对流传热与流动、物性有关（温差） Re 由此： 热流方向 温差物性 w 2、必须注意经验公式的使用条件 L，t，Re，Pr,3、含Gr，使用膜温 4、的

5、大小 a) 湍层 短长 b)换热器 c)加强湍动程度,五、流体作自然对流的 定性温度：膜温，tw与 (t1+t2)/2的平均值 定性尺寸 水平管do，垂直管L 查表!,六、蒸汽冷凝的 1、冷凝过程机理 加热介质饱和蒸汽 壁面低于饱和蒸汽温度 汽相温度唯一。 无汽相热阻（忽略气流补充的压降） 冷凝放出的潜热必须通过液膜传向壁面 给热的热阻主要来自于壁面上的液膜,液体浸润壁面膜状冷凝 不浸润滴状冷凝，比前者大几至十几倍 膜状冷凝： 膜厚不同，不同。 L足够大时，湍流 若液膜滞流热传导为主。,2、垂直壁面的膜状冷凝 1）理论分析 物性const 假设 蒸汽存在对液膜无磨擦阻力 滞流,可以导出： 定性

6、尺寸：L 定性温度：膜温： r：饱和温度下的冷凝潜热,若传热量一定，r，冷凝量，膜厚， ，单位体积受力，流动快，膜厚， （通过膜导热） 膜厚， t 传热推动力，冷凝液，膜厚， 倾斜直壁：与水平夹角为，,2）实验结果：滞流下，蒸汽与液膜间磨擦 3）流型判断 滞流：Re2100 Re 壁下端Re 值 涉及冷凝负荷,冷凝负荷M：单位浸润周边上的冷凝液质量流量,4）无因次* 对于滞流： 对于湍流：,3、水平管壁蒸汽冷凝 （1）单管 水平管可以看成不同角度倾斜壁面，进行积分,（2）管束,4、几点讨论： 对于过热蒸汽，一般可以按饱和蒸汽 蒸汽流向: 向下流， 向上流， 向上流速，,（3）不冷凝气：在蒸汽与

7、液膜之间形成气膜。汽中含1不凝气，50。 （4）不光滑壁，冷凝液阻力大，膜厚 （5）强化： 直管 沟槽 金属丝（张力作用）18复盖面积时最大。 水平管：（倾斜） 膜、滴交错,七、液体沸腾时的： 锅炉、蒸发器、再沸器 温差 容积沸腾：加热面浸于液体中 自然对流 汽泡运动 管内沸腾：一定流速流动，加热管,1、沸腾现象： 特征：有气泡产生；由加热表面首先生成；必要条件过热 加热表面过热度最大， 缝隙依托 表面不平整 汽化核心，t 残留气体 过热生成长大上浮补充过热,自然对流区 t5，液体内产生自然对流， 没有汽泡从液体逸出液面， 仅在液体表面蒸发 核状沸腾 t ，汽化核心增加， 长大速率，搅动,膜状

8、沸腾 汽泡连串成膜，汽膜小，出现，当t ，壁温升高，辐射影响，不变，q。 一般维持在略低于操作，水: t25,2、讨论 粗糙新管，清洁表面；光滑管 操作p，提高饱和温度，、 有利于气泡生成，脱离 物性 ， ；、， 核状沸腾,3、计算公式：多为经验式 水平单管： 壁面过热度 Z：与操作压强p、临界压强pc有关的参数,传热过程计算 1、计算类型 设计型：WS1，T1，T2，WS2，t1，确定S及有关尺寸。 操作型： （1）尺寸，物性，WS1，WS2，t1，T1，求t2，T2 （2）尺寸，物性WS1，T1，T2，t1，流动方式 求WS2，t2,2、基本方程式,3、计算关键：生产任务 加热，冷却 工况

9、改变后各量之间关系,4、基本思路： a）首先明确生产目的，加热，冷却 b） 两者的一致性 确定所求的量。,5、基本方法 1) 对比计算法 2) 控制热阻法： 忽略，K接近于小一方； 若 大小，小K 如 汽水 冷凝水 注意:若Ki，改换基准,5-54. 套管换热器，气体T190，T250； 水 t115 t230 求（1）t110时，措施； （2）若WS120，t1=15，措施。 生产任务：冷却 (1) 原工况: 新工况：t1, t1 10，生产状况不变Q不变,S不变， T2，T1不变(物性不变)， 措施：若K不变工况不变，tm不变。 （物性变化不大） 措施：,原工况： 新工况： 由,5-58 列管式冷凝器 （1）WS250（加热） 原工况： 忽略壁阻：,若用 (b)饱和压力0.3MPa，T由120升至133， K与(a)中K相同,(c