无相变对流传热相关计算

无相变对流传热①圆形直管内湍流表面传热系数a.一般流体或n=0.4流体被加热n=0.3流体被冷却定性温度适用范围注意：分析湍流条件下的表面传热系数与u，di，粘度，密度的关系。b.粘度较大的流体一般情况下，应考虑粘度变化的影响，使用下式液体被加热液体被冷却适用条件：定性温度：进出口平均温度定型尺寸：管内径。c.流体流过短管若则为短管，处于进口段，表面传热系数较大。采用以上各式计算，并加以校正:②圆形直管内过渡流时表面传热系数过渡流采用湍流公式，但需加以校正。③圆形直管内层流条件下的表面传热系数特点：1）进口段的管长所占比例较大2）热流方向不同，也会影响。3）自然对流的影响有时不可忽略。计算式：适用条件：定性温度：流体进出口温度的算术平均值定型尺寸：管内径di如果需要考虑自然对流对表面传热系数影响的话，计算出的表面传热系数必须乘以自然对流的影响的修正系数f，即可求表面传热系数④弯管内强制对流时的表面传热系数特点：离心力的作用，压力不均匀，产生二次环流,结果使计算式：式中：α----直管内的表面传热系数；R-----管子的曲率半径。⑤非圆形管内强制对流的表面传热系数采用圆形管内相应的公式计算,但特征尺寸采用当量直径。当量直径：4倍流通截面/润湿周边长度但只是一种近似算法，最好采用经验公式和专用式。例题4.4.1例题4.4.2（2）管外强制对流传热a.流体橫向流过单管如图1所示，当流体垂直流过单根圆管外表面时，由于流体沿圆柱周长（或方位角Φ）各点的流动情况不同，因而各点的局部表面传热系数αΦ或局部努塞尔特数NuΦ亦随之而异。如果流体的初始状态不同，则流体流经各点的情况也随之变化，从而导致圆管沿圆周方向上局部αΦ或NuΦ分布也相应变化，如图2所示。从图2中的NuΦ分布曲线可见，流体横向流过单管时，其前半周和后半周的情况完全不同。在管子的前半周，与流体流过平壁时的情况大体相仿，从驻点（Φ=0）处开始，随Φ值的增加，边界层逐渐增厚，引起NuΦ逐渐下降。1）低雷诺数时，70800～1013000，层流边界层厚度增大，使，边界层分离，，有一个最低点。2）高雷诺数时，140000～219000有两个最低点：第一个最低点，层流边界层湍流边界层;第二个最低点，边界分离，分离点图１b.流体横向流过管束在化工生产中大量遇到的是流体横向流过管束的传热设备，由于管间的相互影响，其流动的特性及传热过程均较单管复杂得多。1）管束的排列方式直列，错列。如图1所示2）各排管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；从图2中可以看出，错列传热效果比直列好。3）表面传热系数的计算方法任意一排管子：其中C、和n取决于排列方式和管排数，具体取值。平均式中：αi--第i排的平均表面传热系数，W/(.℃)；Ai--第i排总的传热面积，。(a)直列(b)错列图1图２直列(a)和错列(b)管束中，不同排数的圆管上局部沿周向的变化(,空气）c.流体在管壳间的传热1)列管式换热器的结构和流动特性特点：由于装有不同形式的折流挡板（如图1所示），流动方向不断改变，在较小的下（=100）即可达到湍流。装有圆缺形折流挡板的列管式换热器如图2所示。2）表面传热系数的计算：或适用条件：定性温度：定型尺寸：当量直径（见图３）对正方形排列对三角形排列式中：t----相邻两管的中心距,;d0----,管外径，m。流速按最大流通截面，（最小流速）计算：式中：B----两挡板间的距离，m。D----换热器的外壳内径，m。折流板：弓形，弓形高度25%D，若不是25%，则应做适当调整，见有关手册。图１圆缺折流挡板图2装有圆形折流挡板的列管换热器(a)正方形(b)正三角形图3管子的排列圆缺折流挡板动画装有圆形折流挡板的列管换热器动画(3)自然对流自然对流：温度差导致质量力分布不均，引起的流动。分类：大空间自然对流传热,边界层发展不受限制和干扰。有限空间自然对流传热。特点：自然对流，边界层内速度，温度分布均不同于强制对流。表面传热系数依经验式计算：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，外径例题4.4.3(a)竖直壁上表面传热系数的分布(b)近壁处温度与流速的分布图１沿竖壁自然对流的流动和换热特征