化学工程传热学课件任务

层流底层：流体仅沿壁面平行流动,在传热方向上无 质点的混合,所以热量传递主要依靠传导进行,由于流体 的热导率很小,使层流底层内的传热热阻很大,所以该层 内流体的温度差较大.
因此，对流传热的热阻主要集中在层流底层，减薄 其厚度是强化传热过程的关键。
2 对流传热基本方程和对流传热系数
（1）牛顿冷却定律
h——相邻挡板间的距离；D——壳体的内径。
6. 有相变化的对流传热
有相变传热：蒸汽冷凝、液体沸腾 有相变对流传热的特点 ① 相变过程中产生大量相变热（潜热）；
② 相变过程有其特殊传热规律，传热更为复杂；
(1)蒸汽冷凝 饱和蒸汽ts和冷壁面tw接触（ts>tw） 蒸汽放出潜热→在壁面凝成液体→膜状液体和滴状液体
沸腾过程：
tts时：无气泡传 产递 生： ，加 热 自 热 量 然 对 面 液 流 体
tts时：气泡首心 先上 在产 汽生 化， 核 力 长进 大入 后液 凭
过热度↑，汽化核心数↑，气泡产生和长大的速度↑， 使沸腾加剧，沸腾传热膜系数↑。 说明：由于气泡产生，使液体扰动↑
普兰特准数
Pr
（物性准数）
格拉斯霍夫准数 Gr （升力准数）
l
lu
cp
g tl 3 2 2
意义
表示对流传热系 数的准数
确定流动状态的 准数
表示物性影响的 准数
表示自然对流影 响的准数
4.流体无相变时的对流传热系数 对在圆形直管内作强制湍流且无相变，其粘度小于2倍常
温水的粘度的流体，可用下式求取给热系数。
特征尺寸：Nu、Pr准数中的l取为管内径d。 定性温度：取为流体进、出口温度的算术平均值。
在流体温度一定的情况下，流体的物性均为定值，此时， 对流传热系数式可以写成
α与流体的流速u0.8成正比，与管子的管径d0.2成反比。 即增大流速和减小管径都能增大对流传热系数，但以增 大流速更为有效。这一规律对流体无相变时的其它情况 也基本适用。此外，不断改变流体的流动方向，也能使 α得到提高。
3. 影响对流传热系数的因素 ①流体流动状态
湍动程度，层流内层厚度减' 薄 ,，,
代价：动力消耗↑。
② 流体流动原因 强制对流：外部机械作功，
一般流速较大， α也较大。
自然对流：由流体密度差造成的循环过程,
一般流速较小，α也较小。
③流体的物理性质
：,, ： ,Re,,
CP：CP 单位体积流体， 的 kJ/热 m3容 C.
n——水平管束在垂直列上的管数； 特性尺寸：管外径do； 定性温度：λ取tS 下的值，其余为膜平均温度。
c. 影响冷凝传热的因素
冷凝液膜两侧的温度差： ttstw t
流体物性的影响： 、、、r均影响
不凝性气体的影响：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。 蒸气过热的影响：过热蒸汽，若壁温高于饱和温度，传热 过程与无相变对流传热相同；若壁温低于饱和温度，按饱 和蒸汽冷凝处理。
a、膜状冷凝（可润湿） 壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，与直接接 触 壁相比，附加了液膜的热阻。δ越厚，传热效果越差。
b、滴状冷凝（不润湿）
壁面大部分的面积直接暴露于蒸汽中。因没液膜阻碍，传热 系数很大。
膜状冷凝
滴状冷凝
蒸汽在水平管外膜状冷凝的α
0.725nr2/32gd0 3 t1/4
蒸气流速的影响：流速不大时，影响可忽略； 流速较大时，且与液膜同向，α增大； 流速较大时，且与液膜反向， α减小。
（2）液体的沸腾传热 对液体加热时，液体内部伴有由液相变为气相，即
在液相内部产生气泡的过程，称为液体沸腾（又称沸腾 传热）。工业上液体沸腾的方法有两种：一种是将加热 壁面浸没在无强制对流的液体中，液体受热沸腾，称为 池内沸腾；另一种是液体在管内流动时受热沸腾，称为 管内沸腾。
CP ，
： ， Re，
④流体的种类和相变化情况
α气体<α液体 α有相变>α无相变
⑤传热面的形状、位置和大小 壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等， 造成边界层分离，增加湍动，使α增大。
3. 对流传热系数准数关联式
几种常用的准数名称
准数名称
符号 准数式
努塞尔特准数（给热 Nu 准数）
雷诺准数（流型准数） Re
Nu=0.023Re0.8Prn
0.02dR 30.e8Pnr
式中n值随热流方向而异，当流体被加热时，n＝0.4；当流 体被冷却时，n＝0.3。 应用范围：Re>10000， 0.7 < Pr < 120 l/d ＞60 。 若L/d <60，需将上式算得的α乘以[1+(d/l)0.7]加以修 正。
适用范围：Re=2×103～106。
定性温度：进、出口温度平均值；tw→μw。 特征尺寸：（1）当量直径de
正方形排列：
de
4(t2
0.78d502)
d0
(上)正方形（下）正三角形
正三角形排列：
源自文库
de
4(
3 2
t2
0.785d02)
d0
图4-16管间当量直径的推导
（2）流速u根据流体流过的最大截面积Smax计算 ASmm ax axhD(1dt0)
1. 对流传热分析
七 对流传热
当流体沿壁面作湍流流动时，在靠近壁 面处总有一层流底层存在。在层流底层 和湍流主体之间有一过渡层。
在湍流主体内，流体质点剧烈混 合并形成漩涡, 在传热方向上， 流体的温度差极小，各处的温度 基本相同，热量传递主要依靠对 流进行，传导所起作用很小。 在过渡层内，流体的温度发生缓 慢变化，传导和对流同时起作用。
自学：
圆形直管内高粘度流体的强制湍流 圆形直管内的强制层流 圆形直管内的过渡状态 弯管内的强制对流 非圆形直管内的强制对流 自然对流 管外强制对流----流体横向流过管束
5. 管外强制对流-------流体在带折流挡板的列管换热器管间流动
圆缺形折流挡板，弓形高度取25%D，的计算式：
Nu0.3R 60.e55P1r3(w)0.14
QAt t t
1R
A
式中 Q ——对流传热速率，W；
——对流传热系数，W／(m2·K);
A——对流传热面积，m2； t——流体与壁面间温度差的平均值，K;
R＝1/(A)——对流传热热阻，K/W；
（2）对流传热系数
定义式：
Q
St
物理意义：对流传热系数是表示在单位温 差下，单位传热面积的对流传热速率；其 值反映了对流传热的效果。α↑，对流传 热越快。