天津大学化工原理【第二版上册】第四章传热.ppt

教学要求 重 点：传热基本方程式；对流传热系数的影响因素及计算。 覆盖内容：传热的基本方式及特点；定常传热及非定常传热的概念；傅立叶定律，一维定常导热的计算（平壁圆筒壁及球壁）；导热系数及其影响因素；对流传热过程分析，牛顿冷却定律，传热基本方程式及其应用（传热速率、平均温差、传热系数、污垢热阻和控制热阻）；热效率与传热单元数的概念及计算； 教学要求 对流传热的主要影响因素，对流传热系数准数关联式（熟练掌握管内强制湍流对流传热系数），壁温估算；辐射传热的基本概念，黑体、白体（镜体）、透热体和灰体，普郎克定律，斯蒂芬-波尔茨曼定律，克希霍夫定律，两物体间的辐射传热速率计算，角系数的概念，热损失的计算；常用换热器的结构特点，换热器设计原则、步骤。 §4.1 概述 工业上常 用的载热体 等温面：温度场中同一时刻下相同温度各点所组成 的面，沿等温面无热传递。 4.4.2 总传热速率方程的应用 1.传热面积的计算 通常按总传热系数K为常数 2.实验测定总传热系数K 3.换热器的操作型计算 见p237 例4-10 凯恩（Kern）法 应用范围： 。 特性尺寸：传热当量直径。 定性温度：除μw取壁温外，均取流体进出口温度的算术平均值。 4.5 对流传热系数关联式 三、自然对流 通过实验测得的c和n值列于表5-7中。 4.5 对流传热系数关联式 4.5.4 液体有相变时的对流传热系数 1.蒸汽冷凝方式 图5-16蒸汽冷凝方式 滴状冷凝 膜状冷凝 4.5 对流传热系数关联式 一 蒸汽冷凝 2.膜状冷凝时的对流传热系数 （1）层流膜状冷凝时的对流传热系数 膜状冷凝时对流传热系数关系式推导中作了以下假设： ①冷凝液膜呈层流流动，传热方式为通过液膜的热传导。 ②蒸汽静止不动，对液膜无摩擦阻力。 4.5 对流传热系数关联式 ③蒸汽冷凝成液体时所释放的热量仅为冷凝潜热，蒸汽温度和壁面温度保持不变。 ④冷凝液的物性可按平均液膜温度取值，且为常数。 4.5 对流传热系数关联式 对蒸汽在垂直管外或垂直平板侧的冷凝 蒸汽的饱和温度与壁面温度之差 饱和蒸汽的冷凝潜热 4.5 对流传热系数关联式 麦克亚当斯(McAdams)建议在工程设计时，应将计算结果提高20%，即 4.5 对流传热系数关联式 （2）湍流膜状冷凝时的对流传热系数 当液膜呈现湍流流动时可应用柯克柏瑞德(Kirkbride)的经验公式计算，即 4.5 对流传热系数关联式 冷凝时Ref的计算： 当量直径 凝液的平均流速 若以 表示凝液的流通面积， 表示润湿周边长度， 表示凝液的质量流率，则有 4.5 对流传热系数关联式 单位长度润湿周边上的凝液质量流率 则 从层流到湍流的 临界值一般可取为1800。 4.5 对流传热系数关联式 （3）水平管外膜状冷凝时的对流传热系数 对于蒸气在单根水平管外的层流膜状冷凝，努赛尔特曾经获得下述关联式 特征尺寸管外径 4.5 对流传热系数关联式 水平管束外冷凝 垂直列上的管数 若各列管子在垂直方向上的排数不相等 4.5 对流传热系数关联式 比较 垂直管外 水平管外 2式相比 对于长1.5m，外径20mm的圆管，水平放置时其层流膜状冷凝对流传热系数约为垂直放置时的2倍。 4.5 对流传热系数关联式 应予指出，若蒸气中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能为气体（导热系数很小）层所遮盖而增加一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。故在冷凝器的设计和操作中，必须考虑排除不凝气。 4.5 对流传热系数关联式 二、液体沸腾传热 所谓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。 液体沸腾 4.5 对流传热系数关联式 液体沸腾的方式 过冷沸腾 饱和沸腾 √ √ 池内沸腾 管内沸腾(流动沸腾或强制对流沸腾) 4.5 对流传热系数关联式 1.液体沸腾曲线 图5-17水的沸腾曲线 4.5 对流传热系数关联式 2.液体沸腾传热的影响因素 （1）液体性质的影响 通常，凡是有利于气泡生成和脱离的因素均有助于强化沸腾传热。 4.5 对流传热系数关联式 （2）温度差的影响 温度差是控制沸腾传热过程的重要参数。一定条件下，多种液体进行泡核沸腾传热时的对流传热系数与的关系可用下式表达，即 4.5 对流传热系数关联式 （3）操作压力的影响 提高沸腾操作的压力相当于提高液体的饱和温度，使液体的表面张力和黏度均下降，有利于气泡的生成和脱离。 4.5 对流传热系数关联式 （4）加热壁面的影响 加热壁面的材质和粗糙度对沸腾传热有重要影响。 清洁而粗糙的加热壁面传热系数较高。