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化工单元过程及操作 第四 第3 对流传热 4 09工业分析（中） 讲 授、讨 论、练 习 1.了解对流传热速率方程相关因素。 2.掌握间壁式换热时，换热过程的分析（三个过程） 3.掌握强化对流传热的措施，既提高对流传热膜系数的方法。 4.认识传热实训单元流程。 1.间壁式换热过程分析。 2.提高对流传热膜系数的措施。 教材、教案、教师工作资料、花名册 2节理论课，2节实训课在实训室上课 ：复习上次课内容。10min ：见附页。 ：见附页。 10min ： P123：4-11 ： 授 课 内 容 备注 复习第二节热传导内容： 热传导方程的基本形式是什么？ 导热系数的变化有什么规律？ 单层、多层平壁的热传导的传热速率怎么计算? 多层平壁的热传导速率怎么计算？ 第一部分：理论基础 第三节 对流传热 一、对流传热方程 1.对流传热分析 （1）热流体主体以对流传热方式将热量传给固体壁面； 对流传热：热阻较小，温度变化很小。 （2）热量以热传导方式由间壁的热侧面传到冷侧面； 靠近壁面处的滞流层：热传导，热阻最大，温度变化很大。 层流与湍流主体间：过渡区，热传导和热对流的共同作用结果，温度逐步变化。 （3）冷流体主体以对流传热方式将间壁传来的热量带走。 对流传热：热阻较小，温度变化很小。 总结：强化对流传热重要途径之一是加大流体湍流程度，减少层流内层厚度。 2.对流传热方程 流体被加热： 流体被冷却： 则对流传热过程的热阻为： 二、对流传热系数 1.对流传热膜系数越大，对流传热效率越高。 2.影响对流传热系数的因素 1 .引起流动的原因 自然对流：由于流体内部存在温差引起密度差形成的浮升力，造成流体内部质点的上升和下降运动，一般u较小， 也较小。强制对流：在外力作用下引起的流动运动，一般u较大，故 较大。 2 .流体的物性 当流体种类确定后，根据温度、压力（气体）查对应的物性，影响 较大的物性有： ， ， ，cp，β 流体体积膨胀系数 。 的影响： ； 的影响： Re ； cp的影响：cp ,单位体积流体的热容量大，则 较大； μ的影响: Re ； β的影响：β 3 .流动型态 层流：热流主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。 湍流：质点充分混合且层流底层变薄， 较大。 4 .传热面的形状、大小和位置 不同的壁面形状、尺寸影响流型 （1）形状：比如管、板、管束等； （2）大小：比如管径和管长等； （3）位置：比如管子得排列方式（如管束有正四方形和三角形排 列）；管或板是垂直放置还是水平放置 5 .是否发生相变 主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。发生相变时，由于汽化或冷凝的潜热远大于温度变化的显热（r远大于cp）。一般情况下，有相变化时对流传热系数较大，机理各不相同，复杂。 6 .流体的温度 表现在流体与壁温之差、流体物性随温度变化程度以及附加自然对流的影响等。 三、有相变传热 1．蒸汽的冷凝 蒸汽与低于其饱和温度的冷壁接触时，将凝结为液体，释放出气化热。 冷凝方式 蒸汽冷凝方式：膜状冷凝，滴状冷凝。 膜状冷凝：若冷凝液能润湿壁面，形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动。 滴状冷凝：若冷凝液不能很好地润湿壁面，仅在其上凝结成小液滴，此后长大或合并成较大的液滴而脱落。 滴状冷凝难于控制，工业上大多是膜状冷凝。 2. 液体的沸腾 液体沸腾是指在液体的对流传热过程中，伴有由液相变为气相，即在液相内 部产生气泡或气膜的过程。 图4-13分析： 自然对流区： 随温度差的增大而略有增大。 核状沸腾： 随温度差的增大而迅速增大，在C点处达到最大值。 膜状沸腾： 开始随温度差的增大而减小，到达D点时为最小值。 综上：流体在传热过程中有相变化时的 值比较大；在没有相变化时，水的 值最大，油类次之，气体和过热蒸汽最小。 四．提高对流传热膜系数的措施 1.无相变时 增大流速：多管程；加挡板；减小管径。 2.有相变时 冷凝传热：排除不凝气体；阻止液膜形成减薄液膜厚度；减少垂直方向上管排的数目。 沸腾传热：加大传热面粗糙程度；加入添加剂（如乙醇、丙酮等）。 （第二部分：实训部分） 内容：认识传热实训单元： 1.结合MCGS模拟流程对应找到实训体系相应设备、管道、阀门。 2.熟悉传热实训单元管路及流程。 3.作出传热单元粗略流程图。 ： 1.对流传热分析 2.影响对流传热系数 的因素，以及 在不同情况下的大小和变化规律。 3.提高对流传热膜系数的措施。 4.认识传热流程 10min 15min 30min 20min 10min 85min 10min