南京理工化工原理课件4 --传热.pptVIP

第四章 传 热 4-3-2 牛顿冷却定律和对流传热系数 根据有效膜概念 积分后得 一、流体的种类和相变化的情况 :液体、气体和蒸气的对流传热系数各不相同,流体有无相变化，对传热有不同的影响 二、流体性质:对流传热系数影响较大的是流体的比热容、导热系数、密度和粘度等。三、流体流动状态:流体为湍流流动时靠近固体壁面处的层流底层厚度变薄，传热速率提高，即α增大 四、流体对流起因 :强制对流的流速比自然对流的高，因而α也高 五、传热面的形状、相对位置与尺寸 :传热面的形状（管、板、翅片等）、传热面的方向和布置（水平、旋转等）及流道尺寸（管径、管长等）都直接影响对流传热系数。 4-3-3 对流传热的因次分析 一、无相变强制对流传热过程 f（Nu，Re，Pr）=0 二、无相变自然对流传热过程 f（Nu，Pr，Gr）=0 三、对流传热过程准数方程中各符号意义 定性温度:对物性取平均值的问题。 特征尺寸：圆管的特征尺寸取管径d；非圆形管，通常取当量直径de为特征尺寸；对大空间内自然对流，取加热（或冷却）表面的垂直高度为特征尺寸。 4-3-4 对流传热系数的经验关联式 m为0.8，指数n与热流方向有关：当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。定性温度为流体主体温度在进、出口的算术平均值，特征尺寸为管内径di。 4．流体在非圆型管中作强制湍流 2．流体在换热器管间流动 三、无相变时大空间自然对流 蒸汽垂直管或板外膜状冷凝对流传热系数计算 2．流体物性 液膜的密度、粘度及导热系数，蒸气的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。 3．蒸气的流速和流向 蒸气和液膜同向流动，则摩擦力将使液膜加速，厚度减薄，使α增大；若逆向流动，则α减小。但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸气吹离壁面，此时随蒸气流速的增加，α急剧增大。 4．蒸气中不凝性气体的影响 若蒸气中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能被气体（导热系数很小）层所遮盖，增加了一层附加热阻，使α急剧下降。 5．冷凝壁面的影响 若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，则液膜增厚，使传热系数下降。 第五节 传热过程的计算 dQ=KdS（T－t） ——传热速率方程的微分表达式。 三、提高总传热系数的途径 传热过程的总热阻是由各串联环节的热阻叠加而成，减小任何环节的热阻都可提高传热系数。 当各环节的热阻相差较大时，总热阻的数值将主要由其中的最大热阻所决定。此时强化传热的关键在于提高该环节的传热系数。 若α1＞＞α2，欲要提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的α2。若污垢热阻为控制因素，则必须设法减慢污垢形成速率或及时清除污垢。 4-5-4 传热推动力和总传热速率方程 逆流操作优点： 在换热器的传热速率Q及总传热系数K相同的条件下，因为逆流时的Δtm大于并流时的Δtm，采用逆流操作可节省传热面积。 逆流操作可节省加热介质或冷却介质的用量。 2．错流和折流 错流和折流时的平均温度差，先按逆流操作计算对数平均温度差，再乘以考虑流动方向的校正因素。 Δt值恒小于1，这是由于各种复杂流动中同时存在逆流和并流的缘故。因此它们的Δtm比纯逆流时小。通常在换热器的设计中规定Δt值不应小于0.8，否则经济上不合理，而且操作温度略有变化就会使Δt急剧下降，从而影响换热器操作的稳定性。 4-7-2 列管式换热器的选用 列管式换热器冷、热流体流动通道的选择 (1)不洁净和易结垢的液体宜走管程，因为管内清洗方便； (2)腐蚀性的流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀； (3)压强高的流体宜走管内，以免壳体承受压力； (4)饱和蒸汽宜走壳程，因为饱和蒸汽比较清净，对流传热系数与流速无关且冷凝液易排出； (5)被冷却的液体宜走壳程，便于散热； (6)若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将对流传热系数大的流体通入壳程，可减少热应力； (7)流量小而粘度大的液体一般宜走壳程，因在壳程Re〉100即可达到湍流，但这不是绝对，如流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而能得到更多的对流传热系数。 4-5-3 总传热系数K 一、总传热系数K的计算表达式 1．传热面为平壁 dSo=dSi=dSm 2．传热面为圆筒壁 3．污垢热阻 一、恒温传热 Q=KS（T－t）=KSΔt 二、变温传热 1．逆流和并流 ——对数平均温度差 Δtm= ΔtΔtm′ 温度差校正系数Δt与冷、热流体的温度变化有关，是P和R两因数的函数 4-5-5 稳定传热的计算