化工原理传热篇4

4 de
3 2
t
2
π 4
do2
πdo
9
三、自然对流
Nu c(GrPr)n 通过实验测得的c和n值列于表4-10中。
10
第4章 传 热
4.5 对流传热系数关联式 4.5.1 影响对流传热系数的因素 4.5.2 对流传热过程的量纲分析 4.5.3 流体无相变时的对流传热系数 4.5.4 流体有相变时的对流传热系数
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一、蒸气冷凝
对蒸气在单根水平管上冷凝，可推导得
0.725
r 2 g3 dot
1
4
特征尺 寸管外
径
努塞尔理论公式适用于液膜为层流的情况，
从层流到湍流的临界Re值一般可取为1800。
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一、蒸气冷凝
冷凝时Re的计算：
当量直径
依照Re定义 Re deu
令：冷凝负荷
M W b
凝液的平 均流速
Nu 0.36Re0.55Pr1 3
应用范围：Re 2103 ~ 1106 。
特性尺寸：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。
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二、流体在管外强制对流
若管子为正方形排列
de
4
t
2
π 4
πdo
do2
图4-28 管间当量直径的推导
8
二、流体在管外强制对流
若管子为正三角形排列
1.163Z t 2.33
27
二、液体的沸腾
3. 影响沸腾传热的因素 （1）液体的性质
液体的导热系数、密度、黏度和表面张力 等均对沸腾传热有重要的影响。
28
二、液体的沸腾
（2）温度差 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 传热系数与温度差的关系可用下式表达，即
第4章 传 热
4.5 对流传热系数关联式 4.5.1 影响对流传热系数的因素 4.5.2 对流传热过程的量纲分析 4.5.3 流体无相变时的对流传热系数
1
二、流体在管外强制对流
1.流体横向流过管束
图4-26 管子排列方式 (a)正三角形 (b)转角正三角形 (c)正方形 (d)转角正方形
2
二、流体在管外强制对流
冷凝负荷是指在单位长度润湿周边上单位时
间流过的冷凝液量，其单位为kg/(m·s)，即M=W/b。 此处W为冷凝液的质量流量(kg/s)，b为润湿周边
(m)。
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一、蒸气冷凝
将 M W
b
将代入
Re deu
则
Re
deu
4 AW bA
4M
上式为冷凝时Re的计算式
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一、蒸气冷凝
(2)实验结果 ①蒸气在垂直管或板外冷凝：由于在推导理
二、液体的沸腾
1.液体沸腾曲线
临界点
图4-32 水的沸腾曲线
26
二、液体的沸腾
2.沸腾传热系数的计算 由于沸腾传热机理复杂，曾提出了各种沸腾
传热理论，从而导出计算沸腾传热系数相应的公 式，但计算结果往往差别较大。这里仅介绍按照 对比压强计算泡核沸腾传热系数的计算式，即莫 斯廷凯(Mostinki)公式:
4
22
一、蒸气冷凝
若蒸气在水平管束外冷凝，凯恩(Kern)推 荐用下式估算，即
r2g3
0.725
n2/
3do
t
1
4
垂直列 上的管
若各列数管子在垂直方向上的排数不相等,则
nm
( n1 n2
n0.75 1
n0.75 2
nz )
n0.75 z
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一、蒸气冷凝
（3)影响冷凝传热的因素
①冷凝液膜两侧的温度差Δt；
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一、蒸气冷凝
1.蒸汽冷凝方式
膜状 冷凝
图4-29 蒸汽冷凝方式
12
滴状 冷凝
一、蒸气冷凝
2.膜状冷凝对流传热系数 （1）努塞尔(Nusselt)理论公式
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;
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论公式时所做的假定不能完全成立，例如蒸气速 度不可为零，蒸气和液膜间有摩擦阻力等，大多 数实验结果较由理论公式计算得到的结果约大20% 左右，故得修正公式为
1.13
r 2 g3 L(ts tw
)
1
4
19
一、蒸气冷凝
若 膜 层 为 湍 流 (Re>1800) 时 ， 可 用 巴 杰 尔
(Badger)关联式计算，即
②流体物性； ③蒸气的流速和流向； ④蒸气中不凝气体含量的影响； ⑤冷凝壁面的影响。
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二、液体的沸腾
液体沸腾 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，这 称为液体沸腾(又称沸腾传热)。 液体沸腾的方式
大容器沸腾√ 液体沸腾
管内沸腾(流动沸腾或强制对流沸腾)
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计算结果应乘表4-9所示的系数。
4
二、流体在管外强制对流
2.流体在换热器的管间流动 装有折流挡板。 流体的流向和流速不断地变化。
在Re>100时即可达到湍流。
5
二、流体在管外强制对流
图4-27 换热器折流挡板
6
最为 常用
二、流体在管外强制对流
换热器内装有圆缺形挡板(缺口面积为25%的 壳体内截面积)时，壳方流体的对流传热系数的关 联式
a(t)n
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、液体的沸腾
（3）操作压力 提高沸腾压强相当于提高液体的饱和温度，
使液体的表面张力和黏度均降低，有利于气泡的
生成和脱离，强化了沸腾传热。在相同的Δt下， α和q都更高。
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二、液体的沸腾
（4）加热壁面
一般新的或清洁的加热面，α较高;当壁面 被油脂沾污后，会使α急剧下降。
对于如图4-26中(a)、(d)排列 Nu 0.33Re0.6Pr0.33
对于如图4-26中(b)、(c)排列
Nu 0.26Re0.6Pr0.33
3
二、流体在管外强制对流
应用范围:Re>3000。
定性温度:流体进、出口温度的算术平均值。
特征尺寸:管外径do，流速取流体通过每排管
子中最狭窄通道处的速度。 管束排数应为10，若不是10时，上述公式的
一、蒸气冷凝
③蒸气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。
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一、蒸气冷凝
对蒸气在垂直管外或垂直平板侧的冷凝
r 2 g3
0.943
Lt
1
4
饱和蒸汽的 冷凝潜热
蒸汽的饱和 温度与壁面 温度之差
t ts tw
0.0077
2 g 3 2
1 3
Re
0.4
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一、蒸气冷凝
图4-30 Re值对冷凝传热系数的影响
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一、蒸气冷凝
②蒸气在水平管外冷凝:若蒸气在单根水平 管外冷凝时，因管径较小，膜层通常呈层流流 动。
对水平单管，实验结果和由理论公式求得 的结果相近，即
r 2 g3
0.725
dot
1