第十三章 对流换热.ppt

第一节 对流换热概念及牛顿冷却公式 二、对流换热过程分析 三、牛顿冷却公式 四、影响表面传热系数的主要因素 第二节 流体无相变时的对流换热计算 二、管内流体强制对流换热计算 三、管外流体强制对流换热计算 2. 管束表面传热系数的影响因素 四、自然对流换热计算 1.大空间自然对流换热 第三节 流体有相变时对流换热 二、沸腾换热 2.大容器沸腾换热 ② 泡态沸腾 3.管内沸腾换热过程 (1) 竖直管内沸腾换热 (2) 水平管内沸腾换热 4.影响沸腾换热的因素 0.97 0.97 70 ° 1.00 1.00 80 ° ～90 ° 叉排 顺排 0.41 0.41 15° 0.53 0.70 30 ° 0.94 0.94 60 ° 45 ° 0.83 0.78 表13-6 圆管管束冲击角修正系数??的值 管外流体强制对流换热计算 对于管壳式换热器，当流向与管轴夹角?小于90?时， 对应的表面传热系数h应乘以冲击角的修正系数??。 流通截面最窄处的流速vmax的计算: 若 管外流体强制对流换热计算 叉排: 其斜向节距为: ＜ ＞ 若 顺排: v 为流体进入管束前的流速 对于流体沿轴向流过管束时的表面传热系数，可采用管内湍流换热公式计算，但特征尺寸应取当量直径de。 管外流体强制对流换热计算 不论管束是顺排还是叉排，de值相同，皆为 式中　A??为流道截面积，m2； x??湿周，m。 例13-2　某冷凝器为8排顺排管束，管外径d=40mm，s1/d?2，s2/d?3，空气的平均温度tf?20℃，空气通过最窄截面的平均流速为vmax?10m/s，冲击角??60?。试求空气在管束中的平均表面传热系数。 流体自然对流换热是指流体与固体壁面相接触，由于两者温度不同，靠近壁面的流体受壁面温度的影响，造成流体温度和密度的改变，流体主体与固体壁面附近的流体间因存在密度的差异而形成浮力，结果导致固体壁面附近的流体上升（或下降）和流体主体的流体下降（或上升）的自然对流。 有限空间自然对流换热 分为: 大空间自然对流换热 如双层玻璃窗之间的空气层 大空间自然对流换热的表面传热系数仅与Pr和Gr有关，其准则关联式为： 定性温度tm为壁面温度tw和流体温度tf的平均值(将壁温看作定值) 。即 式中，C和n是由实验确定的常数，其值由表13-7查取。 对于竖直圆柱，须满足: ≥ 否则上式中C取为0.686，n的值与竖直壁面的情况相同。 表13-7　大空间自然对流换热准则关联式中的c和n值 大空间自然对流换热 流动情况示意图 层流 湍流 层流 湍流 层流 湍流 层流 流态 C 和 n 值 热面朝下或冷面朝上的水平壁 热面朝上或冷面朝下的水平壁 水平圆柱 竖直平壁或竖直圆柱 表面形状及位置 0.58 0.15 0.54 0.125 0.48 0.85 1.02 0.10 0.59 C 壁面高度H 104～109 1/4 109～1013 1/3 n 105～1011 1/5 8?106～1011 1/3 矩形取两个边长的平均值；非规则形取面积与周长之比；圆盘取0.9d 2 ?104～8?106 1/4 107 ～1012 1/3 104 ～107 0.25 102 ～104 0.188 圆柱外径d 10-2～102 0.148 特征尺寸 适用范围（GrPr） 有限空间的自然对流换热是指在封闭的夹层内由高温壁向低温壁的传热过程。 封闭夹层的几何位置可分为竖直、水平及倾斜三种情况。 工程应用中引入当量热导率?e，即将该换热过程简化为按平壁导热方式。 2.有限空间中的自然对流换热 tw1，tw2分别为热面和冷面的平均温度 有限空间自然对流换热 当量热导率?e与流体的热导率?的比值可用准则关联式表示为 定性温度为 ； 特征尺寸为夹层的厚度?； H 为竖直夹层的高度； C、m、n为常数。 表13-8给出了流体为气体时常见的几种当量热导率准 则关联式。 对竖直夹层，当? /H＞0.33时，按大空间自然对流换热计算。 当竖直夹层的Gr＜2000或水平夹层热面在上时，按导热过 程处理，即?e??。 表13-8 有限空间气体自然对流当量热导率准则关联式 有限空间自然对流换热 2×105＜GrPr＜1.1×107 6000＜GrPr＜2×105 竖直夹层 适用范围 关联