化工原理9-学时

14.5.3流体无相变时的对流传热系数第4章传热4.5对流传热系数关联式4.5.1影响对流传热系数的因素4.5.2对流传热过程的量纲分析21.流体横向流过管束图4-26管子排列方式(a)正三角形(b)转角正三角形(c)正方形(d)转角正方形二、流体在管外强制对流3对于如图4-26中(a)、(d)排列对于如图4-26中(b)、(c)排列0.60.330.33NuRePr0.60.330.26NuRePr二、流体在管外强制对流4应用范围:Re3000。定性温度:流体进、出口温度的算术平均值。特征尺寸:管外径do，流速取流体通过每排管子中最狭窄通道处的速度。管束排数应为10，若不是10时，上述公式的计算结果应乘表4-9所示的系数。二、流体在管外强制对流52.流体在换热器的管间流动装有折流挡板。流体的流向和流速不断地变化。在Re100时即可达到湍流。二、流体在管外强制对流6图4-27换热器折流挡板二、流体在管外强制对流最为常用70.55130.36NuRePr换热器内装有圆缺形挡板(缺口面积为25%的壳体内截面积)时，壳方流体的对流传热系数的关联式应用范围：。特性尺寸：当量直径。定性温度：除μw取壁温外，均取流体进、出口温度的算术平均值。36210~110Re二、流体在管外强制对流8图4-28管间当量直径的推导若管子为正方形排列22oeoπ44πtddd二、流体在管外强制对流922oeo3π424πtddd若管子为正三角形排列二、流体在管外强制对流10三、自然对流()nNucGrPr通过实验测得的c和n值列于表4-10中。114.5.4流体有相变时的对流传热系数4.5对流传热系数关联式4.5.1影响对流传热系数的因素4.5.2对流传热过程的量纲分析4.5.3流体无相变时的对流传热系数第4章传热12一、蒸气冷凝1.蒸汽冷凝方式图4-29蒸汽冷凝方式滴状冷凝膜状冷凝132.膜状冷凝对流传热系数（1）努塞尔(Nusselt)理论公式膜状冷凝时对流传热系数关系式推导中作了以下假设：①冷凝液膜呈层流流动，传热方式为通过液膜的热传导;②蒸汽静止不动，对液膜无摩擦阻力;一、蒸气冷凝14③蒸气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;④冷凝液的物性可按平均液膜温度取值，且为常数。一、蒸气冷凝15对蒸气在垂直管外或垂直平板侧的冷凝14230.943rgLt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、蒸气冷凝16对蒸气在单根水平管上冷凝，可推导得特征尺寸管外径努塞尔理论公式适用于液膜为层流的情况，从层流到湍流的临界Re值一般可取为1800。1423o0.725rgdt一、蒸气冷凝17冷凝时Re的计算：eduRe当量直径凝液的平均流速冷凝负荷是指在单位长度润湿周边上单位时间流过的冷凝液量，其单位为kg/(m·s)，即M=W/b。此处W为冷凝液的质量流量(kg/s)，b为润湿周边(m)。一、蒸气冷凝依照Re定义令：冷凝负荷WMb18将WMb则e44AWduMbARe一、蒸气冷凝将代入eduRe上式为冷凝时Re的计算式19(2)实验结果①蒸气在垂直管或板外冷凝：由于在推导理论公式时所做的假定不能完全成立，例如蒸气速度不可为零，蒸气和液膜间有摩擦阻力等，大多数实验结果较由理论公式计算得到的结果约大20%左右，故得修正公式为1423sw1.13()rgLtt一、蒸气冷凝20若膜层为湍流(Re1800)时，可用巴杰尔(Badger)关联式计算，即13230.420.0077gRe一、蒸气冷凝21图4-30Re值对冷凝传热系数的影响一、蒸气冷凝22②蒸气在水平管外冷凝:若蒸气在单根水平管外冷凝时，因管径较小，膜层通常呈层流流动。对水平单管，实验结果和由理论公式求得的结果相近，即1423o0.725rgdt一、蒸气冷凝23若蒸气在水平管束外冷凝，凯恩(Kern)推荐用下式估算，即14232/3o0.725rgndt垂直列上的管数若各列管子在垂直方向上的排数不相等,则12m0.750.750.7512()zznnnnnnn一、蒸气冷凝24（3)影响冷凝传热的因素①冷凝液膜两侧的温度差Δt；②流体物性；③蒸气的流速和流向；④蒸气中不凝气体含量的影响；⑤冷凝壁面的影响。一、蒸气冷凝25二、液体的沸腾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，这称为液体沸腾(又称沸腾传热)。液体沸腾液体沸腾的方式大容器沸腾管内沸腾(流动沸腾或强制对流沸腾)液体沸腾√261.液体沸腾曲线图4-32水的沸腾曲线临界点二、液体的沸腾272.沸腾传热系数的计算2.331.163Zt由于沸腾传热机理复杂，曾提出了各种沸腾传热理论，从而导出计算沸腾传热系数相应的公式，但计算结果往往差别较大。这里仅介绍按照对比压强计算泡核沸腾传热系数的计算式，即莫斯廷凯(Mostinki)公式:二、液体的沸腾283.影响沸腾传热的因素（1）液体的性质液体的导热系数、密度、黏度和表面张力等均对沸腾传热有重要的影响。二、液体的沸腾29（2）温度差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温度差的关系可用下式表达，即()nat二、液体的沸腾30（3）操作压力提高沸腾压强相当于提高液体的饱和温度，使液体的表面张力和黏度均降低，有利于气泡的生成和脱离，强化了沸腾传热。在相同的Δt下，α和q都更高。二、液体的沸腾31（4）加热壁面一般新的或清洁的加热面，α较高;当壁面被油脂沾污后，会使α急剧下降。壁面愈粗糙，气泡核心愈多，有利于沸腾传热。此外，加热面的布置情况，对沸腾传热也有明显的影响。二、液体的沸腾32练习题目思考题作业题:23、241.为什么流体有相变时的对流传热系数大于无相变时的对流传热系数？2．为什么滴状冷凝的对流传热系数要比膜状冷凝的传热系数高？3．影响冷凝传热系数的因素有哪些？4.液体沸腾曲线分为几段？