对流换热二.ppt

主讲：郑慧凡主讲：郑慧凡对流换热部分对流换热部分n11、管内受迫对流换热、管内受迫对流换热进口段：进口段：从进口到断面流速和流态达到定型，入口效应入口效应。充分发展段：充分发展段：断面流速分布和流动状态达到定型。流动充分发展段的流态由 判断：层流 过渡状态 旺盛紊流流动充分发展段的特征：流动充分发展段的特征：热充分发展段的特征：热充分发展段的特征：常物性流体在热充分发展段的表面传热系数表面传热系数保持不变保持不变。：热进口段 流动进口段 ：热进口段 流动进口段n12、紊流准则关联式 迪图斯迪图斯-贝尔特公式（贝尔特公式（Dittus-Boelter）加热流体 冷却流体 n=0.4时：n适用条件：适用条件：流体与壁面具有中等以下温差（空气50，水20）n定性温度定性温度：全管长流体平均温度n定型尺寸定型尺寸：管内径d:n西得西得-塔特公式（塔特公式（Sieder-Tate）适用条件适用条件 ，n 格尼林斯基公式（格尼林斯基公式（Gnielinski）气体：，液体：，n13、层流准则关联式、层流准则关联式 西得西得-塔特公式（塔特公式（Sieder-Tate）适用条件：适用条件：常壁温，定性温度定性温度：全管长流体平均温度定型尺寸定型尺寸：管内径d 常物性流体热充分发展段常物性流体热充分发展段Nu （常热流q=const）（常壁温tw=const）nDarcy摩擦系数 层流n14、外掠圆管对流换热、外掠圆管对流换热1）外掠单管）外掠单管定性温度定性温度：主流温度。定型尺寸定型尺寸：管外径。适用范围适用范围：，当 ，的幂次由0.37改为0.36。n15、外掠管束、外掠管束后几排管子的表面传热系数可达到第1排的1.31.7倍。表6-2 ：相对管间距；：排数影响的修正系数（表6-3）适用范围适用范围：n16、自然对流、自然对流1、无限空间自然对流换热准则关联式、无限空间自然对流换热准则关联式瑞利准则：自模化自模化：自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关。2、有限空间自然对流换热准则关联式、有限空间自然对流换热准则关联式定型尺寸，定性温度n17、凝结换热、凝结换热1、概念、概念膜状凝结与珠状凝结？2、表面传热系数、表面传热系数竖壁平均表面传热系数：n水平圆管平均表面传热系数：其他条件相同时，时，。思考：冷凝器常用横管布置定性温度：，潜热r按蒸气饱和温度确定。n3、影响因素、影响因素 蒸气流速 蒸气含不凝结气体 表面粗糙度 管排数的影响n4、增强凝结换热的措施、增强凝结换热的措施 改变表面几何特征 有效地排除不凝结气体 加速凝液的排除 尽可能采用珠状凝结 n18、沸腾换热、沸腾换热饱和沸腾：饱和沸腾：一定压强下，当液体主体为饱和温度 ，壁面温度 高于 时的沸腾。过冷沸腾：过冷沸腾：主体温度低于饱和温度 ，而 高于 的沸腾。沸腾温差：沸腾温差：饱和沸腾时，壁温与饱和温度之差沸腾曲线：沸腾曲线：热流密度q与沸腾温差 的关系曲线。核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸腾的特征。核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸腾的特征。控制壁温与控制热流密度改变工况的区别。控制热流密度时应注意烧毁点烧毁点C（临界热流密度qmax），须控制q的峰值。n成核条件成核条件过热度汽化核心：壁面上的凹坑、细缝、裂穴等。典 型 题 分 析1、空气横掠管束时，沿流动方向管排数越多换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向排数越多，换热强度降低，为什么？（东华2005，8分）空气横掠管束时，前排对后排形成扰动。蒸汽在水平管束外凝结时，上层液体流入下层形成液膜，增大了热阻。典典 型型 题题 分分 析析2、为什么珠状凝结的表面传热系数比膜状凝结的高?（西建大2005，6分）珠状凝结没有膜层热阻3、蒸汽中含有不凝性气体将对膜状凝结换热产生什么影响？分析产生影响的原因。（重大2006，12分）蒸汽中含有不凝性气体会显著恶化凝结换热4、当把一杯水倒在一块赤热的的铁板上时，板面上立即会产生许多跳动着的小水滴，而且可以维持相当一段时间而不被汽化掉，请从传热学的角度分析这一现象，并从沸腾曲线上找出开始形成这一状态的点。（东华2006，7分）膜态沸腾，膜层热阻较大 5、有人提出管内定壁温层流换热的关联式 。试说明：该式适用于进口段还是仅适用于充分发展段？式中的下角码“f”和“w”各表示什么？和 项分别用来修正什么影响？定热流时的 与上式算得的值相比是偏大？偏小？还是相等？（西建大2004，12分）适用于进口段“f”和“w”表示定性温度为流体温度和壁面温度 修正进口效应，修正物性影响 定热流时的 比上式算得的值偏大6、光滑圆管内受迫紊流换热可用两个公式来计算：(a)；（b）。试说明：两个公式各适用于什么情况？公式的定型尺寸（包括非圆管道）和定性温度；公式的应用范围（准则范围？长、短管？直、弯管？）由公式提出增强管内受迫紊流换热的主要途径（至少3条）。（西建大2006，6分）(a)加热流体；(b)冷却流体 定型尺寸管径d或 ，定性温度流体平均温度；应用范围：旺盛紊流，长、直管道 提高流速，选择密度大、导热系数大的流体 n=0.4时：7、对管内充分发展的紊流流动换热，试分析在其他条件不变的情况下，将流体加热相同温升，而流体流速增加一倍时，管内对流换热表面传热系数有什么变化？管长又有何变化？（重大2004，10分）流速增加一倍，则h提高 倍，即提高74%。要保持流体加热相同温升，即换热量增加一倍，则管长：，即需加长15%。8、某换热器中，冷却水以2m/s的流速流过直径d=20mm的长管，已知管内壁平均温度为80，欲将水从进口处的20加热到出口处的50，试计算对流换热表面传热系数和所需管长。（西建大2006，20分）准则方程：（紊流）（层流）水的物性：，为紊流 m9、一管壳式蒸汽-水换热器，其管束由外径20mm，内径18mm的铜管组成。=130的干饱和水蒸气在管束外壳侧放热凝结成为饱和水，其凝结换热表面传热系数 ；流量为2.78 kg/s的水在管内流动，流速为0.8 m/s，水的进、出口温度分别为55和95。流体在管内受迫流动的准则方程形式为：各实验常数如下表：已知水的物性参数为：当 时，；;。当 时，。不计铜管的导热热阻，求：管内表面传热系数？管束由多少根铜管组成？管束长度？（重大2007，30分），为紊流 10、两根横管具有相同的表面温度，均放置在同一环境里被空气自然对流所冷却。第一根管子的直径是第二根管子的直径的10倍。如果两根管子的 值均处于 之间，自然对流换热的准则关联式为：。试求两管自然对流表面传热系数的比值（）及单位管长热损失的比值（）？（重大2006，12分）讨论：实心圆柱体横放(Horizontal)与竖放(Vertical)的区别