第四章 传热及传热设备4.ppt

第四章 传热及传热设备 §4.4.1 流体在管内作强制对流 一、流体在圆形管内作强制湍流 1.低粘度流体 二、流体在圆形管内强制层流 三、流体在圆形管内作过渡流 四、流体在圆弯管作强制对流 五、流体在非圆形管中作强制对流 特征尺寸应用当量直径de。当量直径分两种： 一种是流体力学当量直径： §4.4.2 流体在管外作强制对流 分为以下几种情况：平行于管、垂直于管或垂直与平行交替。 一、流体在单管外作强制垂直对流 如图，从A点（约φ ＝0o ）开始，随φ 角增大，管外层流底层逐渐增厚，热阻逐渐增大，表面传热系数h逐渐减小；边界层分离以后（约φ ＝80o ），因为管子背后形成旋涡，表面传热系数h逐渐增大。 表面传热系数h的分布，见右图（因Nu∝ h，故以Nu表示）。 二、流体在管束外作强制垂直对流 流体冲刷直列和错列管束的情景是不同的。 错列时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，比直列时在管间走廊通道的流动扰动更为强烈，故错列比直列传热要快，但错列的流动阻力较大，清洗不如直列容易。 因此影响管束传热的因素除Re, Pr数外，还有管子排列方式，管间距和管排数，传热系数 三、流体在列管式换热器管间（壳程）的传热 列管式换热器，各排的管数不同。装有折流挡板： 流体流动时先是横掠管束，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即达到湍流。 换热器内装有圆缺型挡板时，壳程给热系数： 根据管子的排列方式计算当量直径de 四、自然对流表面传热 解：（1）水的定性温度tm=（20+46）/2=33℃ 从附录中查水的物性常数, ρ=994kg/m3 λ=0.622w/m.k μ=0.752×10-3N.S/m2 Cp=4.174KJ/Kg.K 判断管子内水的流动类型 : Re=duρ/μ=0.02×1×994/0.752×10-3=2.64×104 Pr=Cpμ/λ=4.174×1000×0.752×10-3/0.622=5.05 例2.判断题： 1.热量传递过程的规律与流体流动过程相似，流速越大，则其过程的阻力越大。 （×） 2.在同一种流体中，不可能同时发生自然对流和强制对流。 （×） 3.当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推动力与总阻力之比为定值，即导热速率不变。 （×） 作业 P240 5 思考题3 *第二章 流体输送机械 * 4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热 4.4 流体无相变时的对流传热 4.5 流体有相变时的对流传热 4.6 辐射传热 4.7 总传热速率和传热过程的计算 思考： 为什么加热时n取0.4，冷却时取0.3？ 一般，液体的Pr1 ， Pr 0.4 Pr 0.3，加热时h较大。 这是因为：当液体被加热时，管壁处层流底层的温度高于液体主体的平均温度，由于液体粘度随温度升高而降低，故贴壁处液体粘度较小，使层流底层的实际厚度比用液体主体温度计算的厚度要薄，h较大。 气体的Pr1 ， Pr 0.4 Pr 0.3 ，冷却时h较大。 这是由于气体粘度随温度升高而增大，气体被加热时的边界层较厚的缘故。 2.高粘度流体 应用范围：Re＞10000； 0.7＜Pr＜16700； L/di60。 定型尺寸： di 定性温度：μw取壁温作定性温度，其余各物性取液体进出口平均温度作定性温度。 液体被加热 　　≈1.05，液体被冷却 ≈0.95。 应用范围：Re＜2300； 0.6＜Pr＜6700 。 定型尺寸：管内径di； 定性温度：μw取壁温，其余取进、出口温度的算术平均值。 在Re=2300~10000的过渡区，作为粗略计算，可按湍流传热的公式计算h值，然后乘以校正系数φ ： 流体流过弯曲管道或螺旋管时，由于离心力的作用，会引起扰动加剧而强化传热，表面传热系数应先按直管经验式算，再乘以一个大于1的校正系数： h为直管表面传热系数， di为管内径，R为弯曲半径。 例如：内管外径为d2，外管内径为d1的同心套管环状通道，内管传热时的传热当量直径： 还有一种是传热