清华大学化工原理05第五章传热3.ppt

化化 工工 原原 理理（上）（上）主讲人：戴猷元主讲人：戴猷元2003.2目目 录录 绪论绪论第一章第一章 流体流动流体流动第二章第二章 流体输送机械流体输送机械第三章第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章第四章 非均相物系的分离非均相物系的分离第五章第五章 传热传热第六章第六章 蒸发蒸发 总结总结第五章第五章 传传 热热第一节第一节 概述概述第二节第二节 热传导热传导第三节第三节 对流传热对流传热第四节第四节 两流体间的传热两流体间的传热第五节第五节 对流传热系数的关联式对流传热系数的关联式第六节第六节 热辐射热辐射第七节第七节 换热器换热器第五节第五节 对流传热系数的关联式对流传热系数的关联式一、影响传热膜系数的因素一、影响传热膜系数的因素 1、流体流动状态、流体流动状态 层流：忽略自然对流时，层流底层层流：忽略自然对流时，层流底层r 湍湍流流：主主要要热热阻阻在在层层流流层层，Re，边边界界层层减薄，减薄，（注注意意管管件件、内内构构件件影影响响，Re2000？）？）2、引起流动的原因、引起流动的原因 自然对流时，近壁面处温度自然对流时，近壁面处温度t 主流主流t1 膨胀公式：膨胀公式：体积膨胀系数。体积膨胀系数。强制对流与强制对流与Re有关。有关。3、物性：、物性：都是都是t的函数的函数4、传传热热面面形形状状，大大小小，位位置置。（特特征尺寸）征尺寸）5、有无相变化、有无相变化二、对流传热中的因次分析法二、对流传热中的因次分析法 按确定的几何形状讨论按确定的几何形状讨论 经因次分析可以得到经因次分析可以得到 Nusselt Reynolds Prandt Grashof(对流传热对流传热)(流动流动)(物性物性)(自然对流自然对流)1、应用范围：、应用范围：Re，Pr2、定性尺寸：定性尺寸：3、定性温度：、定性温度：物性值物性值三、流体在管内强制对流的三、流体在管内强制对流的 1、圆形直管内，强制湍流、圆形直管内，强制湍流 1)低粘度流体（低粘度流体（长长2)高粘度流体（温差过大）高粘度流体（温差过大）2、圆形直管内，强制滞流、圆形直管内，强制滞流 1)速度分布不同速度分布不同 复杂性复杂性 2)存在自然对流影响存在自然对流影响 3)入口段较大入口段较大100d （Re2000）1)忽略自然对流影响忽略自然对流影响 2)(4)l/d50 乘以校正系数乘以校正系数 40 30 20 15 10 1.02 1.05 1.13 1.18 1.28(5)垂直管垂直管 流动方向与自然对流方向一致，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，流动方向与自然对流方向相反，-15%3、圆形直管过渡流、圆形直管过渡流 Re230010000之间，用湍流公式乘以之间，用湍流公式乘以 4、弯弯曲曲圆圆管管内内：由由于于离离心心力力的的作作用用，加加速速湍动产生二次环流湍动产生二次环流 5、非圆形管、非圆形管四、流体在管外强制对流的四、流体在管外强制对流的 1、管外流体平行流过：、管外流体平行流过：de的计算。的计算。2、管外流体垂直流过、管外流体垂直流过 1)单管单管 边界层增厚边界层增厚 边界层脱离边界层脱离 Re小时，层流边界层小时，层流边界层（低点）脱离（低点）脱离 Re大大时时，层层流流边边界界层层（低低点点）湍湍流流边边界界层层境厚境厚脱离脱离 2)管束管束 Re3000 do，u取最狭处：取最狭处：定性温度定性温度 排数不为排数不为10，乘以校正系数。，乘以校正系数。3)换热器管间流动换热器管间流动 流速，流向不断变化，流速，流向不断变化，Re100湍流湍流 挡板形式，（圆缺挡板）挡板形式，（圆缺挡板）出现旁流，不能达到垂直流动出现旁流，不能达到垂直流动 若圆缺挡板，截去若圆缺挡板，截去25。小结：小结：1、对流传热与流动、物性有关（温差）、对流传热与流动、物性有关（温差）Re 由此：由此：热流方向热流方向 温差温差物性物性 w 2、必须注意经验公式的使用条件必须注意经验公式的使用条件 L，t，Re，Pr3、含、含Gr，使用膜温使用膜温4、的大小的大小 a)湍湍 层层 短短 长长 b)换热器换热器 c)加强湍动程度加强湍动程度五、五、流体作自然对流的流体作自然对流的 定定性性温温度度：膜膜温温，tw与与(t1+t2)/2的的平平均值均值 定性尺寸定性尺寸 水平管水平管do，垂直管垂直管L 查表查表!六、蒸汽冷凝的六、蒸汽冷凝的 1、冷凝过程机理、冷凝过程机理加热介质饱和蒸汽加热介质饱和蒸汽壁面壁面低于饱和蒸汽温度低于饱和蒸汽温度 汽相温度唯一。汽相温度唯一。无汽相热阻（忽略气流补充的压降）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液体浸润壁面膜状冷凝 不不浸浸润润滴滴状状冷冷凝凝，比比前前者者大大几几至至十十几几倍倍 膜状冷凝：膜状冷凝：膜厚不同，膜厚不同，不同。不同。L足够大时，湍流足够大时，湍流 若液膜滞流若液膜滞流热传导为主。热传导为主。2、垂直壁面的膜状冷凝、垂直壁面的膜状冷凝 1）理论分析）理论分析 物性物性const 假设假设 蒸汽存在对液膜无磨擦阻力蒸汽存在对液膜无磨擦阻力 滞流滞流可以导出：可以导出：定性尺寸：定性尺寸：L定性温度：膜温：定性温度：膜温：r：饱和温度下的冷凝潜热饱和温度下的冷凝潜热若传热量一定，若传热量一定，r，冷凝量冷凝量，膜厚，膜厚，单位体积受力单位体积受力，流动快，膜厚，流动快，膜厚，（通过膜导热）通过膜导热）膜厚膜厚，t 传热推动力传热推动力，冷凝液，冷凝液，膜厚，膜厚，倾斜直壁：与水平夹角为，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）实验结果：滞流下，蒸汽与液膜间磨擦3）流型判断）流型判断 滞流：滞流：Re2100 Re 壁下端壁下端Re 值值 涉及冷凝负荷涉及冷凝负荷冷冷凝凝负负荷荷M：单单位位浸浸润润周周边边上上的的冷冷凝凝液液质质量量流量流量4）无因次）无因次*对于滞流：对于滞流：对于湍流：对于湍流：3、水平管壁蒸汽冷凝、水平管壁蒸汽冷凝（1）单单管管 水水平平管管可可以以看看成成不不同同角角度度倾倾斜斜壁壁面，进行积分面，进行积分（2）管束）管束4、几点讨论：、几点讨论：对于过热蒸汽，一般可以按饱和蒸汽对于过热蒸汽，一般可以按饱和蒸汽 蒸汽流向蒸汽流向:向下流，向下流，向上流，向上流，向上流速向上流速，（3）不不冷冷凝凝气气：在在蒸蒸汽汽与与液液膜膜之之间间形形成成气气膜。汽中含膜。汽中含1不凝气，不凝气，50。（4）不光滑壁，冷凝液阻力大，膜厚）不光滑壁，冷凝液阻力大，膜厚（5）强化：）强化：直管直管 沟槽沟槽 金金属属丝丝（张张力力作作用用）18复复盖盖面面积时积时 最大。最大。水平管：（倾斜）水平管：（倾斜）膜、滴交错膜、滴交错七、液体沸腾时的七、液体沸腾时的：锅炉、蒸发器、再沸器锅炉、蒸发器、再沸器 温差温差 容积沸腾：加热面浸于液体中容积沸腾：加热面浸于液体中 自然对流自然对流 汽泡运动汽泡运动 管内沸腾：一定流速流动，加热管管内沸腾：一定流速流动，加热管1、沸腾现象：、沸腾现象：特特征征：有有气气泡泡产产生生；由由加加热热表表面面首首先先生生成成；必要条件必要条件过热过热 加热表面过热度最大，加热表面过热度最大，缝隙依托缝隙依托 表面不平整表面不平整 汽化核心，汽化核心，t 残留气体残留气体 过热过热生成生成长大长大上浮上浮补充过热补充过热自然对流区自然对流区 t 小小，小小K 如如 汽汽水水 冷凝冷凝水水 注意注意:若若K i，改换基准改换基准 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）（物性变化不大）措施：原工况：新工况：由 5-58 列管式冷凝器列管式冷凝器（1）WS250（加热）原工况：忽略壁阻：若用若用(b)饱和压力饱和压力0.3MPa，T由由120升至升至133，K与与(a)中中K相同相同 (c）并联：每个换热器0.75wS2，S加倍串联：第一级出口串联：第一级出口(第二级入口第二级入口)t2*=77.80C假设假设K=K”=K 阻力加倍。阻力加倍。(2)(3)油污垢：油污垢：=2mm =0.2w/mK，R总总 K di由由20mm 16mm,i,u=(20/16)2u,di=16di/20比较热阻比较热阻