清华大学热能工程教学对流受热面传热计算.pptx

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1、7.1 基本方程基本方程7.2 传热系数传热系数7.3 对流放热系数对流放热系数7.4 辐射放热系数辐射放热系数7.5 温压温压提 纲第1页/共58页7.3 对流放热系数n 对流换热 运动着的流体与固体壁面之间的热交换。n 对流换热系数 表征对流换热过程强弱的指标。n 锅炉对流放热系数的影响因素 包含烟气或工质的物理特性，流速及温度、管束中管子的布置方式及结构特性、受热面冲刷方式(横向、纵向或斜向冲刷)以及有时还与管壁温度等许多因素。第2页/共58页7.3 对流放热系数n 锅炉对流放热的换热准则方程 锅炉里介质：烟气、空气、水、蒸汽等都是强制流动，自然对流所占的份额很小，在稳定情况下，强制流动

2、的换热准则方程为：第3页/共58页7.3 对流放热系数第4页/共58页7.3 对流放热系数第5页/共58页7.3 对流放热系数n横向冲刷光管管束的对流放热系数n纵向冲刷光管管束的对流放热系数n回转式空气预热器对流放热系数n特殊场合下的计算n对流受热面气流流速的计算横向冲刷顺列光管管束横向冲刷错列光管管束第6页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数n锅炉横向冲刷管束 在锅炉各对流受热面中,过热器、再热器、省煤器、直流锅炉过渡区及凝渣管、锅炉管束等多为横向冲刷,管式空气预热器空气侧通常亦为横向冲刷。n横向冲刷管束的布置（顺列和错列）第7页/共58页（1）横向冲刷顺列光管管束的对流放热系数适用条件

3、：Re=1500-10105 横向冲刷光管管束的对流放热系数第8页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数 顺列管束的修正系数线算图 第9页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数 烟气物性参数的修正系数第10页/共58页 在制作线算图时，对计算公式作了如下处理：设：横向冲刷光管管束的对流放热系数 第11页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数第12页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数第13页/共58页（2）横向冲刷错列光管管束的对流放热系数适用条件：Re=1.5103-1.5105横向冲刷光管管束的对流放热系数第14页/共58页 节距修正系数横向冲刷光管管束的对流放热系数第15页/共

4、58页横向冲刷光管管束的对流放热系数 节距修正系数线算图第16页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数 管子排数修正系数第17页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数 管子排数修正系数线算图第18页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数 横向冲刷错列光管管束的对流放热系数的线算图 为了计算方便，横向冲刷错列光管管束的对流放热系数也可制成了线算图。第19页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数 横向冲刷光管管束的对流放热系数计算公式的简化 为了简化计算，将Re，Pr数代入公式，经整理后得到顺列管束的计算式为:l 横向冲刷顺列管束的计算式 其中A1仅与流体的物理性质有关:第20页/共58页

5、 为了简化计算，将Re，Pr数代入公式，经整理后得到错列管束的计算式为:l 横向冲刷错列管束的计算式 其中A2仅与流体的物理性质有关:横向冲刷光管管束的对流放热系数第21页/共58页横向冲刷光管管束的对流放热系数表11-1 烟空气的A1、A2的值气体种类气体种类平均成分烟气平均成分烟气（300t1000300t1000）空气空气（50t50050t500）顺列管束顺列管束A A1 128.96(1-1.251028.96(1-1.2510-4-4t)10t)10-3-329.77(1-5.281029.77(1-5.2810-4-4t)10t)10-3-3错列管束错列管束A A2 216.98

6、1016.9810-3-317.56(1-3.41017.56(1-3.410-4-4t)10t)10-3-3第22页/共58页纵向冲刷光管管束的对流放热系数n锅炉纵向冲刷管束 锅炉受热面管内的汽水工质均为纵向冲刷。烟气作纵向冲刷的受热面及部分受热面包括：立式管式空气预热器烟气侧、烟管管束、某些型式锅炉管束、屏式过热器等。n锅炉纵向冲刷管束的对流放热系数计算式 在锅炉受热面中，一般都是湍流强制对流。第23页/共58页纵向冲刷光管管束的对流放热系数定性尺寸：当量直径,定性温度：流体平均温度。管长修正系数Cl壁温修正系数Ct第24页/共58页当量直径ddl计算纵向冲刷光管管束的对流放热系数第25页

7、/共58页纵向冲刷光管管束的对流放热系数第26页/共58页 管长修正系数Cll/ddl纵向冲刷光管管束的对流放热系数第27页/共58页 壁温修正系数Ct纵向冲刷光管管束的对流放热系数第28页/共58页纵向冲刷光管管束的对流放热系数 纵向冲刷光管管束的对流放热系数计算公式的简化 为了简化计算，将Re，Pr数代入公式，经整理后得到的计算式为:其中A、B仅与流体的物理性质有关。第29页/共58页纵向冲刷光管管束的对流放热系数常压下空气（常压下空气（50t500）A=3.49(1-8.2610-4t)10-5常压下平均成分烟气（常压下平均成分烟气（50t400）A=3.7(1-8.2610-4t)10

8、-5表7-2 烟空气的A的值（t为平均温度）表7-3 水的系数B值（t为平均温度）温度范围温度范围0t8080t190190t310B5.9(1+0.014t)10-38.29(1+0.0063t)10-312.79(1+0.0022t)10-3表7-4 过热蒸汽的系数B值（t为平均温度）参数范围参数范围中压蒸汽中压蒸汽P=44.4MPaT=320450高压蒸汽高压蒸汽P=1011MPaT=420540超高压蒸汽超高压蒸汽P=1415MPaT=460550B6.6110-37.510-38.010-3第30页/共58页n回转式空气预热器对流放热系数回转式空气预热器对流放热系数第31页/共58页

9、n回转式空气预热器对流放热系数公式系数A，取决于传热元件形式回转式空气预热器对流放热系数第32页/共58页回转式空气预热器对流放热系数蓄热元件平均壁温 空气侧壁温修正系数Ct 对于烟气侧，Ct=1第33页/共58页回转式空气预热器对流放热系数 系数A第34页/共58页回转式空气预热器对流放热系数 回转式空气预热器中的流通截面积第35页/共58页回转式空气预热器对流放热系数图7-11 考虑隔板、横挡板、中心管占据部分截面后的修正系数第36页/共58页回转式空气预热器对流放热系数 传热元件的结构特性型式型式/mmDdl/mmkyjC/(m2/m3)强化型传热元件强化型传热元件0.50.639.32

10、9.60.9120.89396365普通型传热元件普通型传热元件0.637.80.86440冷段平板传热元件冷段平板传热元件1.29.80.81325表7-5 传热元件的结构特性参数第37页/共58页回转式空气预热器对流放热系数 回转式空气预热器中装载的受热面积第38页/共58页 节距改变节距改变 管径改变管径改变 排列方式改变排列方式改变 斜向冲刷斜向冲刷 冲刷方式改变冲刷方式改变 特殊场合下的计算第39页/共58页烟气流速烟气流速:空气流速空气流速:水、蒸汽流速：水、蒸汽流速：对流受热面气流流速的计算n 烟气和工质的流速第40页/共58页n气流流通截面面积的选取原则：在烟气或空气作横向和斜

11、向冲刷光滑管束或肋片管束时,应采用最小截面来确定烟气或空气流通截面积。即流通截面为垂直于气流方向的管排中心线所在的平面,其面积等于烟道整个截面积与管或肋片管所占面积之差。对流受热面气流流速的计算第41页/共58页面积的确定面积的确定：（1 1）介质横向冲刷光滑管束）介质横向冲刷光滑管束（2 2）介质纵向冲刷受热面）介质纵向冲刷受热面 若介质在管内流动若介质在管内流动 若介质在管间流动若介质在管间流动（3 3）阶梯形通道）阶梯形通道对流受热面气流流速的计算第42页/共58页（4 4）平滑渐变烟道）平滑渐变烟道（5 5）回转式空预器）回转式空预器 对流受热面气流流速的计算第43页/共58页n锅炉对

12、流受热面烟气流速的选择锅炉对流受热面烟气流速的选择总原则是锅炉工作的可靠性和可靠性。从防止受热面结灰堵塞的角度从经济性的角度受热面受热面(错列管束错列管束)经济烟速经济烟速m/s省煤器省煤器1315过热器（低合金钢）过热器（低合金钢）1216再热器再热器1721表11-6 最经济烟气流速 从受热面磨损的角度对流受热面气流流速的计算第44页/共58页对于空气预热器，受热面的投资与运行费用不仅与烟气流速有关，也和空气流速有关，这是因为受热面两侧的放热系数较为接近，因此除了确定最经济烟气流速外，还应计算最经济的空气和烟气流速比。根据计算分析，在不同烟气流速时，最经济流速比的变化不大。对于管式空气预热

13、器，最经济烟气流速为913m/s，最经济流速比wk/wy=0.450.55；对于回转式空气预热器，911m/s，最经济流速比wk/wy=0.70.8；即空气流速约68m/s。对流受热面气流流速的计算第45页/共58页管间烟气辐射管间烟气辐射位于管束前或管位于管束前或管 束之间烟室的辐射束之间烟室的辐射烟气黑度、管壁温度计算烟气黑度、管壁温度计算7.4 辐射放热系数第46页/共58页复杂复杂：烟气和管壁不是黑体：烟气和管壁不是黑体,辐热能要经过辐热能要经过多次反射和吸收之后才能被受热面吸收。多次反射和吸收之后才能被受热面吸收。辐射换热量仅为总换热量的一部分。辐射换热量仅为总换热量的一部分。假设假

14、设：由于由于 =0.8-0.9，可只考虑一次吸收的部分。被，可只考虑一次吸收的部分。被忽略的多次反射与吸收部分，用增加管壁黑度的方法进忽略的多次反射与吸收部分，用增加管壁黑度的方法进行修正，即用管束黑度替代管壁黑度。行修正，即用管束黑度替代管壁黑度。管间烟气辐射n燃烧固体燃料时的辐射换热系数n燃烧液体和气体燃料时的辐射换热系数第47页/共58页管间烟气辐射n 燃烧固体燃料时的辐射换热系数假设：燃烧固体燃料时，烟气中含有灰粒，假设烟气和管束为灰体。含尘气流辐射换热系数（固体燃料）第48页/共58页 烟气不能作为灰体，烟气的吸收率黑度 吸收率管间烟气辐射n燃烧液体和气体燃料时的辐射换热系数不含尘气

15、流 辐射换热系数（液体/气体燃料）第49页/共58页可近似用增大管间辐射放热系数的方法来考虑可近似用增大管间辐射放热系数的方法来考虑.位于管束前或管束之间烟室的辐射第50页/共58页烟气黑度、管壁温度计算含尘气流辐射换热系数（固体燃料）不含尘气流 辐射换热系数（液体/气体燃料）烟气温度取进出口截面的平均温度第51页/共58页烟气黑度、管壁温度计算n烟气黑度第52页/共58页烟气黑度、管壁温度计算l 对光管管束l 对屏式受热面l 高温级空预器 有效辐射层厚度第53页/共58页管壁温度管壁温度 锅炉燃用固体燃料或液体燃料锅炉燃用固体燃料或液体燃料时时,烟气中的灰粒会在受热面上沉积烟气中的灰粒会在受

16、热面上沉积,沉沉积的灰灰垢层由于其导热系数小，而使积的灰灰垢层由于其导热系数小，而使管壁外表面温度提高。因此管壁温度应管壁外表面温度提高。因此管壁温度应取灰污层表面温度，称为灰壁温度。取灰污层表面温度，称为灰壁温度。烟气黑度、管壁温度计算第54页/共58页（1）燃用固体燃料、液体燃料的屏式受热面、对流过热器、再热器及包墙管过热器烟气黑度、管壁温度计算第55页/共58页（2）其他受热面 凝渣管:80 对400单级省煤器和双级布置的第二级省煤器,过渡区及锅炉管束：60 对400单级省煤器和双级布置的第一级省煤器:25 对燃用气体燃料的所有受热面：25烟气黑度、管壁温度计算（3）第二级空预器第56页/共58页Thank you!第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页