化工原理27-28学时

（三）单层圆筒壁的一维稳态热传导常量常量传热速率Q传热面积热通量q平壁：圆筒壁：常量随半径变常量随半径变r1r2t1t2λ传热速率可以表示为：(2)dtdtQArldrdr12212ln()ttQlrr积分并整理得：微分式积分式12212ln()ttQqrlrrr热通量：写成与单层平壁热传导速率方程相类似的形式：2112mrrAttQ21212ln()mmAAArlAA其中圆筒壁的对数平均面积12212ln()ttQlrr2121ln()mrrrrr212mAAA薄层圆筒壁：对n层圆筒壁：111nniiimittQbA或11111ln2nniiiittQrlr▲Q不变，但q不相等例4-4：6二、对流传热（热对流）运动流体与固体壁面之间的传热，与流体的流动状况密切相关。对流传热的温度分布图（一）对流传热情况分析层流过渡区湍流传热方式热传导为主，还有自然对流热传导和对流传热对流传热为主速度慢中快对流传热是热对流和热传导于一体的综合现象。热阻主要集中在层流底层或层流。（二）壁面与流体间的对流传热速率传热推动力传热速率传热热阻()wtTTQA1()wwATTQATT令t所以流体一侧的壁温对流传热膜系数T有效膜厚度()wqTT式（4.14）牛顿冷却公式反映了流体与壁面对流传热的快慢。数值越大，传热越快。（三）对流传热系数tqT单位：W/(m2·℃)影响对流传热系数的因素1.流体的种类和相变化的情况2.流体的特性：导热系数、黏度、比热容、密度以及体积膨胀系数3.流体的温度4.流体的流动状态5.流体流动的原因6.传热面的形状、位置和大小(,,,,,,)pfulcgt一个现象涉及到n个物理量，其中含有的基本单位（量纲）为m个，则该现象可以由n-m个独立的量纲为1的量表示。遵循量纲一致性原则。合理的方程式其等号两边各项的量纲必定相等。量纲分析法减少实验工作量；结果具有普遍性，便于推广。通过量纲分析，可确定lNuRelu努赛尔数雷诺数表示对流传热系数的准数表示流动状态的准数Prpc普朗特数表示与传热有关的流体物性。格拉晓夫数322lgtGr表示由温度差引起的自然对流强度强制对流传热时，可忽略Gr，即：(Re,Pr)NufRePrafhNukGr自然对流传热时，可忽略Re，即：(Pr,)NufGr无相变有相变强制对流自然对流对流传热蒸汽冷凝液体沸腾管内管外圆管非圆管弯管湍流过渡流层流具体函数关系式16一、圆形直管内强制湍流：（1）低黏度流体:迪特斯—贝尔特关联式0.80.023RePrnNu当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。无相变时：17特征尺寸：管内径。定性温度：进、出口温度的算术平均值。公式应用范围：4Re100.7Pr120/60iLd2mPas18（2）高黏度流体：西德尔—塔特关联式0.8130.027RePrNu壁温下的黏度0.14()w1.0气体1.05加热液体0.95冷却液体19特征尺寸：管内径。定性温度：除μw取壁温外，均取进、出口温度的算术平均值。公式应用范围：4Re100.7Pr16700/60iLd201.过渡流3.弯管内4.非圆形管内按湍流时的公式计算，结果再乘以小于1的校正系数。受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大管内径改为当量直径2.短管路边界层未充分发展，热阻小，结果乘以大于1的校正系数。二、其它强制对流情况：e4d流动截面积润湿周边长21三、大空间自然对流(,Pr)nNuCGr22管外强制对流1.横向流过管束：换热管排列分为直列和错列两种。错列比直列传热快；错列的流动阻力大，清洗不易。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。2.在换热器管间的流动：25换热器折流挡板260.55130.36RePrNu经验公式：圆缺形挡板---凯恩法应用范围：36Re210~1101.0气体1.05加热液体0.95冷却液体特征尺寸：当量直径de。27使用关联式计算对流传热系数应注意的问题：（1）应用范围Re、Pr等准数的数值适用范围（2）定性温度各准数中的流体物性应按什么温度查取（3）特征尺寸Nu、Re等准数中的ℓ的确定28有相变时的对流传热：相变时，流体温度不变化，但流体会吸热或者放热，导致壁面与流体间的温度梯度增大。α相变α无相变29一、蒸汽冷凝传热1.蒸汽冷凝方式滴状冷凝膜状冷凝滴膜30垂直管外膜状冷凝（层流）:水平管外膜状冷凝:14231.13()swrgLtt14230.725()oswrgdtt140.64OLd水平垂直＝,OLd水平垂直31影响冷凝传热的因素热阻主要集中在冷凝液膜内：1.过热蒸汽：膜两侧推动力仍为ts-tw；2.流体物性：密度、热导率、冷凝热与α成正比，黏度与α成反比；3.蒸气与液膜的流向和流速：同向α大，逆向α小；流速大则α大；4.不凝气体含量：含量多则α小32大容积沸腾管内沸腾液体沸腾的方式√二、液体沸腾传热沸腾曲线33壁温-水的饱和温度tt5小自然对流，无气泡，t5~25局部有气泡，扰动增强，泡（核）状沸腾t25气泡多，形成气膜，膜状沸腾临界点最大，传热最好：34影响沸腾传热的因素1.流体物性：密度、热导率与α成正比，黏度与α成反比；2.操作压强：压强大则降低了黏度和表面张力，强化了传热，使α增大；3.加热壁面：清洁壁面、粗糙壁面利于传热。35总结对流传热：(,,,,,,)pflcugtlNuReluPrpc322lgtGr()=()wwQATTAtt36圆形直管内强制对流0.80.023RePrnNu0.8130.027RePrNu低黏度流体高黏度流体α相变α无相变过渡流、弯管、短管路、非圆形管滴膜水平垂直各种经验关联式的应用α错列α直列泡状沸腾区域有最大