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当前位置:首页 > 高等教育 > 大学课件 > 大学课件-化工原理-第4章传热3
小结:(1)对流传热:工程上,指流体和固体壁面间的传热过程包括对流传热和热传导(2)热边界层近壁处,流体温度显著变化的区域。●热边界层内(近壁处)集中全部的温差和热阻0dydt●热边界层外(流体主体)等温区,无温差和热阻0dydt●流动边界层对传热边界层影响显著,改善流动状况,特别是减薄层流内层厚度,可使传热速率大大提高。①牛顿冷却定律thAthq或:②影响表面传热系数的因素流动状态、流动原因、流体的物性、传热面条件、相变化KmWh2/:表面传热系数,(3)表面传热系数的经验关联③对流传热的四个重要无量纲数hlNuduRePrCP223tlgGr④无相变管内强制对流◆园形直管内湍流流体的表面传热系数nreuPRN8.0023.0npiicuddh8.0023.0或:流体被加热,n=0.4流体被冷却,n=0.3◆粘度较大流体14.033.08.0)/(027.0wreuPRN◆流体流过短管hldh7.0)/(1◆圆形直管内过渡流时表面传热系数hRhe)1061(8.15◆圆形直管内强制层流14.03/1)/()/(86.1wieuldPRNr◆圆形弯管内的强制对流hRdhi)77.11(◆非圆形管内强制对流318.053.012PrRe02.0ddde图4-19流体垂直于单根圆管在管外流动②管外强制对流a)流体横向流过单根管外3/1rneuPCRNC、n见表4.4.2P262特征尺寸:管外径表面传热系数分布:1)低雷诺数(70800~101300)φ=0-80°,层流边界层厚度↑,h↓φ80°,边界层分离,h↑,有一个最低点。2)高雷诺数(140000~219000)有两个最低点:N01:φ=70-80°,层流边界层→湍流边界层;N02:φ=140°(分离点),发生边界分离。◆管束的排列方式直列(正方形)、错列(正三角形)b)流体横向流过管束的表面传热系数◆各排管h的变化规律第一排管,直列和错列基本相同;第二排管,直列和错列相差较大,第三排管以后(直列第二排管以后):基本恒定可以看出,错列传热效果比直列好。◆传热系数的计算方法任一排管子:4.0rneuPRCNC、ε、n取决于管排列方式和管排数。(见表4.4.3P263)特征尺寸:管外径70005000eR适用条件:52.1/1dx52.1/2dxiiiAAhh/整个管束平均:c)流体在列管换热器管壳间的传热3/16.033.0reuPRN大致估算:*折流挡板壳程流体的流动方向不断改变,较小Re(Re=100),即可达到湍流。作用:缺点:流动阻力↑,壳程压降↑的重要因素。●提高湍动程度,↑h,强化传热;●加固、支撑壳体。有折流挡板时壳程流体表面传热系数14.03/155.0)/(36.0wreuPRN14.03/155.0)/(36.0wreePRdh或:6102000eR适用条件:挡板切割度为25%D2/)(21tttm定性温度:特征尺寸:流道的当量直径正方形排列0202)4(4ddtde0202)423(4ddtde正三角形排列流速:按最大流通截面(最小流速)计算问题:①已知流量,如何计算管间流速12SS一般的,)1(0tdBDSDS1BS2问题②:无折流板时,如何计算壳程流体的h此时,流体平行流过管束按管内公式计算,特征尺寸为当量直径。(3)自然对流传热①指:温度差引起流体密度不均,导致流体流动。②分类:▲大空间自然对流传热▲有限空间自然对流传热③h计算公式nrruPGCN)(C,n=f(传热面的形状和位置,)具体数值列于表中。定性温度:膜温定型尺寸:竖板,竖管,L水平管,外径有相变对流传热的特点①相变过程中产生大量相变热(潜热)例:水4.4.4蒸汽冷凝与液体沸腾kgkJrC/4.22581000时,汽化潜热CkgkJCpC00/187.41000,比热无相变相变一般的:hh②相变过程有其特殊传热规律③饱和相变温度恒定,与压力对应,便于控制。例:工厂中,常用压力表示饱和水蒸汽的等级(1)蒸汽冷凝机理▲蒸汽侧实际为蒸汽相和凝液相共存。▲传热热阻几乎全部集中在凝液相中冷凝方式:①膜状冷凝凝液呈液膜状(附着力大于表面张力),热量:蒸汽相→液膜表面→固体壁面②滴状冷凝凝液结为小液滴(附着力小于表面张力),有裸露壁面,直接传递相变热。问题:比较两种冷凝方式的表面传热系数h滴状冷凝h膜状冷凝,相差几倍到几十倍但工业操作:多为膜状冷凝(成熟)(2)膜状冷凝表面传热系数①努塞尔方程研究:垂直管外或壁面的膜状冷凝方法:真实模型→简化模型→数学模型求解◆膜状冷凝的真实过程◆简化的物理模型1)液膜很薄,层流流动;传热方式为导热,温度分布为线性2)蒸汽静止,汽-液界面无粘性应力3)汽、液相物性为常数,壁面温度恒定,膜表面温度tδ=ts4)冷凝液为饱和液体0|yxyuxbyuxdddxbygd)(bstsh,tWh,tyth,x,yuyxxd0yuxyx努塞尔特膜状冷凝简化模型◆建立数学模型求解做受力分析、质量衡算、热量衡算,得:4132)(943.0tLgrh努塞尔方程:2/)(wsmttt定性温度:膜温特征尺寸:L(竖壁或圆管壁高度)wsttt倾斜壁面4132)sin(943.0tLgrh蒸气在斜壁上的冷凝sing实验结果:实测值高于理论值(约20%)原因:液膜的波动、假设的不确切性实验结果:实测值高于理论值(约20%)原因:液膜的波动、假设的不确切性(3)膜状冷凝传热膜系数的经验关联①垂直管外或壁面上的冷凝1)液膜层流1800eR4132)(13.1tLgrh3188.1eRh实测:2)液膜湍流完全由实验获得4.0232)4()(0077.031rtLhgh4.00077.0eRh注意:壁温未知时,计算应采用试差法neCRhφ图4-33水平圆管外的膜状冷凝特征尺寸b:取管长l此式和实验结果基本一致。②水平管冷凝表面传热系数1)水平单管外冷凝理论计算:将竖壁对方位角做积分(0-1800)层流时,41032)(725.0tdgrh3151.1eRh)44Re(Mbm其中,蒸汽冷流体2)水平管束外的冷凝与单管外冷凝的区别各排管子相互影响,传热系数依次下降第一排管子:冷凝情况与单根水平管相同。其他各排管子:冷凝情况必受到其上排管流下冷凝液的影响。凝液量增加,液膜变厚,表面传热系数依次下降;扰动加剧,表面传热系数依次增加。41032)(725.0tndgrh理论计算平均值:管排数不同时,■采用平均管排数:475.0375.0275.01321).........(nnnnnnnzav475.0)(iinn蒸汽蒸汽4103/232)(725.0tdngrh实验值:■近似取壳体直径上的管根数NTc正三角形排列:正方形排列:5.01.1TTcNN5.019.1TTcNN其中,NT:单管程中管子的总根数,可由传热面积A计算。3)水平管内冷凝特点:考虑蒸汽流速对h的影响(1)蒸汽流速不大时,凝液可顺利排出,可采用管外冷凝公式计算。(2)当蒸汽速度较大时,可能形成两相流动,应参考有关公式。蒸汽凝液不凝气(4)影响冷凝传热的因素◇冷凝液膜两侧的温度差:◇流体物性的影响:◇不凝性气体的影响:形成气膜,表面传热系数大幅度下降。httttwshr均影响、、、◇蒸气过热的影响:过热蒸汽,若壁温高于饱和温度,传热过程与无相变对流传热相同;若壁温低于饱和温度,按饱和蒸汽冷凝处理。◇蒸气流速的影响:流速不大时,影响可忽略;流速较大时,且与液膜同向,h增大;流速较大时,且与液膜反向,h减小。冷凝表面传热系数通常远大于对流表面传热系数tts作业:p3392124
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