化工原理 第四章传热 第五节对流传热系数关联式 课件精选.ppt

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化工原理 第四章传热 第五节对流传热系数关联式 课件精选

* 4、提高对流传热系数的途径 1)流体作湍流流动时的传热系数远大于层流时的传热系数,并且Re↑,α↑,应力求使流体在换热器内达到湍流流动。 2)湍流时,圆形直管中的对流传热系数 * * α与流速的0.8呈正比,与管径的0.2次方呈反比, 在流体阻力允许的情况下,增大流速比减小管径对提高对流传热系数的效果更为显著。 3)流体在换热器管间流过时,在管外加流板的情况 对流传热系数与流速的0.55次方成正比,而与当量直径的0.45次方成反比 * * 设置折流板提高流速和缩小管子的当量直径,对加大对流传热系数均有较显著的作用。 4) 不论管内还是管外,提高流u都能增大对流传热系数,但是增大u,流动阻力一般按流速的平方增加,应根据具体情况选择最佳的流速。 5)除增加流速外,可在管内装置如麻花铁或选用螺纹管的方法,增加流体的湍动程度,对流传热系数增大,但此时能耗增加。 * * 四、流体有相变时的对流传热系数 1、蒸汽冷凝时的对流传热系数 1)蒸汽冷凝的方式 a) 膜状冷凝: 若冷凝液能够浸润壁面,在壁面上形成一完整的液膜 b)滴状冷凝: 若冷凝液体不能润湿壁面,由于表面张力的作用,冷凝液在壁面上形成许多液滴,并沿壁面落下 * * * * 2)膜状冷凝的传热系数 a)蒸汽在垂直管外或垂直平板侧的冷凝 假设: ①? 冷凝液的物性为常数,可取平均液膜温度下的数值。 ②? 一蒸汽冷凝成液体时所传递的热量,仅仅是冷凝潜热 ③? 蒸汽静止不动,对液膜无摩擦阻力。 ④? 冷凝液膜成层流流动,传热方式仅为通过液膜进行的热传导。 * * 修正后 定性尺寸: H取垂直管或板的高度。 定性温度: 蒸汽冷凝潜热r取其饱和温度t0下的值,其余物性取液膜平均温度。 应用范围: * * 若用无因次冷凝传热系数来表示,可得: 若膜层为湍流(Re>1800)时 滞流时,Re值增加,α减小; 湍流时,Re值增加,α增大; * * * * b) 蒸汽在水平管外冷凝 c)蒸汽在水平管束外冷凝 * * 3)影响冷凝传热的因素 a)冷凝液膜两侧的温度差△t 当液膜呈滞流流动时,若△t加大,则蒸汽冷凝速率增加,液膜厚度增厚,冷凝传热系数降低。 b)流体物性 液膜的密度、粘度及导热系数,蒸汽的冷凝潜热,都影响冷凝传热系数。 c) 蒸汽的流速和流向 蒸汽和液膜同向流动,厚度减薄,使α增大; 蒸汽和液膜逆向流动, α减小,摩擦力超过液膜重力时, 液膜被蒸汽吹离壁面,当蒸汽流速增加,α急剧增大; * * d) 蒸汽中不凝气体含量的影响 蒸汽中含有空气或其它不凝气体,壁面可能为气体层所遮盖,增加了一层附加热阻,使α急剧下降。 e)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。 例如管束,冷凝液面从上面各排流动下面各排,使液膜逐渐增厚,因此下面管子的α要比上排的为低。 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。 * * * * 2、液体沸腾时的对流传热系数 液体沸腾 大容积沸腾 管内沸腾 1)沸腾曲线 当温度差较小时,液体内部产生自然对流,α较小,且随温度升高较慢。 当△t逐渐升高,在加热表面的局部位置产生气泡,该局部位置称为气化核心。气泡产生的速度△t随上升而增加, α急剧增大。称为泡核沸腾或核状沸腾。 * * * * 当△t再增大,加热面的气化核心数进一步增多,且气泡产生的速度大于它脱离表面的速度,气泡在脱离表面前连接起来,形成一层不稳定的蒸汽膜。 当△t在增大,由于加热面具有很高温度,辐射的影响愈来愈显著,α又随之增大,这段称为稳定的膜状沸腾。 由核状沸腾向膜状沸腾过渡的转折点C称为临界点。 临界点所对应的温差、热通量、对流传热系数分别称为临界温差,临界热通量和临界对流传热系数。 工业生产中,一般应维持在核状沸腾区域内操作 。 * * 2)沸腾传热系数的计算 式中: ——壁面过热度。 ——对比压强 * * 应用条件: 3)影响沸腾传热的因素 a)液体性质的影响 一般情况下,α随λ、ρ的增加而加大,而随μ和σ增加而减小。 * * b)温度差△t的影响 c) 操作压强的影响 提高沸腾压强,液体的表面张力和粘度均下降,有利于气泡的生成和脱离,强化了沸腾传热。在相同△t的下,传热系数α增加。

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