化工原理课件5传热过程基础教学教材.ppt

第五章 传热过程基础 2沸腾传热系数的计算 (1)莫斯听斯基(Mostinski)经验式： 3.确定各准数的形式 (1)列出各物理量的量纲 (2)选择m(即4)个共同物理量 选择时遵循的原则： 不能包括待求的物理量－－如不能选h 不能同时选用量纲相同的物理量－－如不能选d,l 选择的共同物理量中应包括该过程中所有的基本量纲－－如不能选l,u,ρ,μ，因为不包括量纲T 据此，选择l,k,μ,u为3个无量纲准数的共同物理量 L u k Cp μ ρ l h (3)量纲分析 将共同物理量与余下的物理量分别组成无量纲数群，即 4.确定具体的准数关联式 通过实验进一步确定出具体的准数关联式 流体无相变时强制对流传热时的准数关联式 5.4.4.2.2 自然对流传热过程 自然对流中，引起流动的原因是单位体积流体的升力，大小为ρgβΔt，其它因素与强制对流相同，故一般函数表达式为：h＝f(l, ρ，μ，Cp，k， ρgβΔt) 方法同前，可得： 通过实验进一步确定出具体的准数关联式 各准数的名称、符合、意义如下： 准数式 符号 名称 意义 Nu 努寒尔特准数 (Nusselt) 表示对流传热强弱程度的准数 Re 雷诺准数 (Reynolds) 反映流体流动湍动程度的准数 Pr 普兰特准数 (Prandtl) 反映物性对传热影响的准数 Gr 格拉斯霍夫准数 (Grashof) 反映自然对流强弱程度的准数 5.4.4.2.3 应用准数关联式应注意的问题 对应各种不同情况下的对流传热的具体函数关系是由实验确定的，在整理实验结果及使用方程式中应注意以下问题： 1.应用范围 关联式中Re、Pr、Gr等准数的数值范围等。 2.定性温度 各准数中决定物性参数的温度，有3种表示方法： 取t=(t1+t2)/2或T=(T1+T2)/2为定性温度 取壁面平均温度t=(tw+Tw)/2为定性温度 取流体和壁面的平均温度t=(tw+t)/2或t=(Tw+T)/2为定性温度 壁温多为未知数，需用试差法，故工程上多用第一种方法 3.特征尺寸 无量纲准数Nu、Re等中所包含的传热面尺寸称为特征尺寸l。通常选取对流体流动和传热发生主要影响的尺寸作为特征尺寸。 5.4.5 流体无相变时的对流传热系数Heat transfer to fluids without phase change 5.4.5.1 流体在管内作强制对流 1.流体在圆管内作强制湍流 (1)低粘度流体(μ2×10-3Pa·s的气体及大部分液体) (2)高粘度流体 2.流体在圆形直管内强制滞流 3.流体在圆形弯管内强制对流 流体流过弯管时，将受到离心力的作用，致使湍动程度加大。在同样Re数下，对流传热系数较直管中为大，因此先按直管计算，然后再乘以一大于1的校正系数，即： 其中：h’－弯管中的对流传热系数，W/(m2·℃) h－直管中的对流传热系数，W/(m2·℃) r’－弯管轴的弯曲半径，m 4.流体在圆形直管内呈过渡流 当流体在管内呈过渡状态流动时，即2300Re10000，其传热情况比较复杂。通常先按湍流时的公式计算，然后再将计算结果乘以一小于1的修正系数φ，即： 5. 流体在非圆形管中强制对流 流体在非圆形管中呈强制湍流、过渡流以及层流时，仍可应用上述相应的关联式进行计算，只将其中管子内径di用当量直径de代替即可。  例4-13 列管换热器由254根φ25×2.5mm，长6m的钢管组成，用饱和水蒸汽加热管内流动的苯，苯的流量为50kg/s，进出口温度分别为20℃和80℃，试求管内苯的对流传热系数。若将苯的流量增加50%，而仍维持原来的出口温度，对流传热系数将如何变化。 解：定性温度t=(20+80)/2=50℃，查得苯的物性数据： ρ=860kg/m3，cP=1.80kJ/kg·℃，μ=0.45×10-3Pa·s，k=0.14W/m·℃ 二、流体在管外强制对流时对流传热准数关联式 1流体在管束外强制垂直流动 管束的排列方式有直列和错列两种，错列中又有正方形和等边三角形两种。 直列 正方形错列 等边三角形错列 2流体在列管式换热器管间流动 当流体流过换热器管间时，由于壳体是圆筒，管束中各列的管数不等，且一般都安装有折流挡板，故流体在换热器壳程流动时，流向和流速的不断变化，使得Re100时即可能形成湍流，对流传热系数加大。折流挡板的形式较多，最常用的是圆缺形挡板。 (1)换热器内装有圆缺形挡板(缺口面积为25%的壳体内截面)时 ，壳程流体的h关联式 多诺呼法 凯恩法 (2)无折流挡板 按管内强制对流公式计算，将di用管间当量直径de代替即可。 三、自然对流时对流传热系数关