对流传热-2.ppt

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对流传热-2剖析

流体在管外强制对流传热 流体在换热器壳层的流动 对于常用的列管式换热器折流方式: (a) 圆盘形 (b) 分流形 (c) 弓形(圆缺形) 流体在管外强制对流传热 流体在换热器壳层的流动 对于常用的列管式换热器: 由于壳体是圆筒,管束中各排的管数不同。 壳体内装有折流挡板,流体先是垂直管束进行流动,在绕过折流挡板时,则变为顺着管子的方向流动 由于流速和流向的不断变化,Re>100 即可达到湍流 壳程给热系数的计算要考虑具体的结构型式。 流体在管外强制对流传热 流体在换热器壳层的流动 对于装有圆缺型挡板时 (割去直径的 25% 所留下的部分) 的列管式换热器,壳程给热系数: (1) Re = 3~12×104 时 (2) Re = 2×103~1×106 时 定性温度:除 ?w 取壁温外,其余均取流体平均温度; 特征尺寸:用当量直径。 流体在管外强制对流传热 流体在换热器壳层的流动 直列 错列 流体在管外强制对流传热 流体在换热器壳层的流动 流速 u :按管间最大流通截面积 A 计算,即 式中:D —— 换热器外壳内径,m; h —— 两折流挡板间距,m。 若换热器中无挡板,壳程流体沿管外作平行流动,则可按非圆管道的管内强制对流公式计算。特征尺寸使用壳程空间的当量直径。 大空间自然对流传热 大容积自然对流的给热系数仅与 Gr 数和 Pr 数有关 自然对流:加热过程中流体密度发生变化而产生的流动。 大容积自然对流:无搅拌时釜内液体的加热;传热设备外表面与周围环境大气之间的对流传热。 定性温度:取壁温 tw 和流体平均温度 tm 的算术平均值 大空间自然对流传热 加热面形状 特征尺寸 (Gr·Pr) 范围 C n 水平园管 外径 d0 104~109 0.53 1/4 垂直管或板 高度 L 104~109 0.59 1/4 109~1012 0.10 1/3 C 和 n 的实验值 流体有相变的对流传热系数 蒸汽是工业上最常用的热源。蒸汽在饱和温度下冷凝时,放出汽化潜热。 蒸汽具有一定的压力,饱和蒸汽的压力和温度具有一定的关系。 冷凝传热 冷凝方式 流体有相变的对流传热系数 冷凝方式 膜状冷凝:冷凝液体能润湿壁面,在壁面上铺展成膜。 特点: 蒸汽放出的潜热必须穿过液膜才能传递到壁面,液膜层为壁面与蒸汽间传热的主要热阻。 因冷凝在整个壁面上发生,若凝液籍重力沿壁下流,则液膜越往下越厚,给热系数随之越小,如果壁面足够高,壁下部液膜中会出现凝液的湍流流动,使给热系数复又增加。 流体有相变的对流传热系数 冷凝方式 滴状冷凝:凝液不能完全润湿壁面,在壁面上形成小液滴,且不断成长变大,在下滚过程中合并成更大的液滴,使壁重新暴露在蒸汽中。 特点:滴状冷凝时没有完整液膜的阻碍,热阻很小,给热系数约为膜状冷凝的 5~10 倍甚至更高。 实现滴状冷凝的方法:在壁面上涂一层油类物质;在蒸汽中混入油类或脂类物质;对管表面进行改性处理。 流体有相变的对流传热系数 蒸汽在水平管 蒸汽在水平管外冷凝时,凝液受重力作用沿管周向下流动并脱离管壁。 水平管平均给热系数可用下式计算: 竖直板或竖直管外给热系数可用下式计算: 层 流 湍 流 影响冷凝传热的因素 蒸汽的流速和流动方向 若蒸汽与液膜的流向相同,则会加速液膜的流动,使液膜减薄, α 增加。 蒸汽流速 10m/s 影响不大, 40~50m/s 时, α 提高 30% 左右。 若蒸汽与液膜的流动方向相反,液膜的流动受到阻滞而变厚, α下降,若蒸汽的流速很高,将液膜吹离壁面, α将大大增加。 影响冷凝传热的因素 (2) 不凝性气体 随着可凝性蒸汽的冷凝,不凝性气体将在液膜外侧聚积而形成一层气膜,蒸汽必须以扩散的方式穿过此气膜才能到达液膜进行冷凝,热阻增大, α下降。例如水蒸汽中含有 1% 的空气能使 α下降 60%。应定期排放不凝气体 (3) 过热蒸汽 温度高于操作压力下的饱和温度的蒸汽为过热蒸汽 壁面无冷凝现象的为无相变的对流传热过程 壁面发生冷凝的过程的为两个串联的传热过程 一般过热冷凝过程也可按饱和冷凝过程处理,只是蒸汽的潜热r改为r’, r’=cp(tv-ts)+r 影响冷凝传热的因素 4)冷凝壁面的影响 若沿冷凝液流动方向积存的液体增多,液膜增厚,使传热系数下降。 冷凝面的表面情况对α影响也很大,若壁面粗糙不平或有氧化层,使膜层加厚,增加膜层阻力,α下降。 可在壁面安装金属丝或翘片,使冷凝液在表面张力作用下,流向金属丝或翘片附近集中,从而使壁面的液膜减薄,提高冷凝传热系数,强化传热过程 对于水平管束,冷凝液从上面各排流向下面各排,使液膜逐渐增厚,因此下面管子的α要比上排的为低,管束排数越多, α 下降也越多。 沸腾传热

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