第五章-传热

0.3 2 0.21 0.2
dis为稀相 式中Y为稀相区颗粒浓度的体积百分比；
h con = s dis d c p g p
p
t gd p
Pr g0
g
dis＝p Y＋（1－Y） g

床温的影响
一般情况下，床温的提高即可以提高床层与
换热壁面的换热温差，在其他条件不变的情 况下，传热系数必然显著增加。这种增加呈 线性关系。同时，辐射换热系数也几乎随着 床温的升高呈线性增加。
关联式

1.Basu等学者提出了稀相区对流换热系数计算公 式 c u
影响传热的各个因素
气体物性的影响
固体颗粒物理特性的影响 流化风速的影响 床温和壁温的影响 固体颗粒浓度的影响
颗粒循环率的影响
床压的影响 加翅片后的影响
1．气体物性的影响
（1）气体密度和比定压热容：由于压力对
传热的影响主要是通过气体密度来起作用， 而传热系数随着床层压力的增加而增加， 故随着气体密度的增加将导致的增加。床 层与受热面之间的传热系数与气体密度和 比热容乘积呈指数规律变化 （2）气体粘度：许多学者研究认为，传热 系数随着气体粘度的增加而减小。 （3）气体导热系数：在流化床传热中，气 体边界起着重要作用，因此气体的导热系 数对有着相当大的影响。
循环流化床下部 密相区与受热面 间的传热机理
2．气膜理论

气膜理论认为，传热表面和流化 床之间的传热热阻主要来自一层 流体气膜层。气膜厚度不仅取决 于流体速度和性质，而且受固体 颗粒湍流程度的影响，运动的固 体颗粒冲刷这一膜层，减小了膜 层热阻，因而使得传热表面和流 化床之间的传热大大强于单相气 体对流传热。






2 固体颗粒物理特性的影响 （1）固体颗粒尺寸的影响：不同粒径的颗粒床是由不同 的传热机理在起控制作用的。对于小颗粒床，颗粒的冷却 特征时间小于其在受热面上的停留时间，颗粒主要通过气 膜与受热面进行热交换，这是一个非稳态过程，所以当流 化速度增加时，颗粒在表面的停留时间缩短，使得传热系 数迅速增加。对于大颗粒床，其临界流化速度较高，气体 的对流换热作用加强，颗粒与受热面间的换热作用因气膜 厚度加大而相对减弱，因此传热系数随不同流化速度的变 化不如小颗粒床那么剧烈。 (2)固体颗粒密度的影响：传热系数随着颗粒密度的增加 而增加。颗粒密度对传热系数的影响程度随着粒径的增大 而减弱。 (3)球形度及表面状态：球形和较光滑的颗粒，换热系数较 高。 (4)颗粒比定压热容的影响：换热系数随着比定压热容的 增加而增加。 (5)固体颗粒导热系数的影响：影响很小
(二) 密相区传热理论
1
．颗粒与壁面的碰撞传热过程 一个固体颗粒与一热壁面的碰撞传热过程与 碰壁频率有关，还与相对贴壁时间 ( ) 以及颗粒直径有关。对于一个小颗粒，可写 出以下热平衡方程：
0 0 1
mcp
dTp d
h wp A(Tw Tp )
0 4 4 r1 A(T Tp4 ) r2 A(Tw Tp4 ) hgp A(Tg Tp ) 1 0 1 0 1


4．薄膜一乳化相理论
靠近浸埋面的第一层是气膜，第二层是与 壁面平行流动的乳化相。传热热阻包括气 膜的阻力和乳化相的阻力。这类机理把运 动的固体颗粒在传热中起的作用看成是主 要的，同时亦考虑了通过壁面边界层的热 传导。模型认为，流化床的传热性质可以 同一个充分搅拌的液体的传热相比拟，这 是由于颗粒与气体相比较时，热容较大的 固体颗粒扰动使膜的减薄所增加的传热量 是有限的，数量上仅占8％一12％。Wicke 和Fening用类似方法处理了他们的实验结 果。热量首先从百度文库面以传导方式经过一定 厚度的气膜，然后此热量在另外乳化相边 界层内被与壁面平行流动的固体颗粒所吸 收。在乳化相区域内，热流量的一部分变 为固体颗粒的显热，其余部分通过固体颗 较间的交换传到床层的中心部位。
0.5ep 0.5ep 0.5ep eb＝ ＋2 － 1－e 1－ep 1－ep p
0.5
(Ta 4－Tb 4 )

ep和ew分别为固体颗粒和壁面的辐射率；Tb和Tw 分 别是床层和换热壁面的温度； 为辐射换热的玻耳兹 曼常数，5.67x10－8
区颗粒密度； s 为颗粒的导热率；dp为颗粒平均直 径；cp和cg分别为颗粒和气体的定压比热容； p和 g 分别为颗粒和气体的密度；ut为截面平均流化速度； g0 为稀相区和密相区交界处的气体换热公式。

2.根据颗粒团更新理论，提出了采用纯气体对流换 热公式进行修正后的计算稀相区对流换热系数的公 s 式 h =0.023cc c Re0.8 Pr 0.4
3．颗粒团理论


该理论认为，可以将流化床中的浮 化相看成是由许多“颗粒团”组成 的，传热热阻来自近受热面的颗粒 团。颗粒团在气泡作用下，在换热 壁面附近周期性地更替，流化床与 壁面之间的传热速率依赖于这些颗 粒团的加热速率及颗粒团同壁面的 接触频率。传热系数与流化风速的 关系曲线上出现最大的传热系数， 是由于颗粒团在壁面上接触的频率 增加和传热壁面上气泡数的增加同 时发生的缘故。 后来又发展出连续介质假设模型， 离散颗粒模型，交替层模型
气体对流传热系数
f0
hgc
hgc (1 f 0 )hmf
辐射传热系数
hrad
hrad
(Tb4 Tw4 )
1
表观辐射率 玻尔兹曼常数
app

app

1
w
1
换热表面辐射率
w
传热系统
密相区传热
稀相区传热 传热机理模型 传质


传热系数的准确性，对于循环流化床锅炉的设计、制造和运 行可靠性、安全性均起着举足轻重的作用。在锅炉设计中， 传热系数决定着受热面的布置、数量及结构，如果传热系数 选取不当，就难以达到稳定燃烧和最佳经济效益，甚至出现 受热面损坏的现象。与传统流化床一样，在循环流化床中存 在各种不同的传热过程： 1)颗粒与气流之间的传热(床内颗粒与床内气流)； 2)颗粒与颗粒之间的传热； 3)整个气固多相流与受热表面(包括壁面与悬吊在床内的 表面)之间的传热， 4)气固多相流与入床气流之间的传热。
2
1 1 F ＝ ＋ SF 1－S2 F（1－ ）＋ d min 6 2 3 2
eff
1 F＝1－cos arcsin S
颗粒直径，筛分分布以及颗粒浓度对流传热系数的 影响 随着颗粒直径的增大，传热系数会下降。 当颗粒组成发生变化时，如果细颗粒的百分比增加 则传热系数也增加，反之减小。但细颗粒增大到一 定数量比例时，传热系数会达到最大值，再增加反 而会下降。 颗粒浓度增加时，上下部传热系数机理相同，增加 规律几乎接近于高斜率的线性增加。
con 1 t
Deg
Tb ct = Tw

0.5
D eg c1 =1+F L
L和Deg为稀相区的高度和截面直径
c=1.1，F=1.4，L/Deg>50时c1 =1

3.辐射换热系数计算公式
1 h rad＝ －1 (Ta－Tb ) e b ＋e w－1－1





7．颗粒循环流率的影响 在一定气体流速下，传热系数随颗粒循环速率增大而增大，而当颗粒 循环速率一定时，传热系数随操作气体流速增大而减小。考虑到床层 颗粒浓度随操作条件的变化规律，可见传热系数主要受颗粒浓度的影 响。 8．床层压力的影响 床层压力增大，传热系数增加。目前世界各国均在积极开展对增压流 化床的研究，通过增加床层压力，从而提高传热系数，增加单位受热 面积的传热能力，降低钢耗和节省空间。 9．加翅片后对传热的影响 从床层把热量传到埋管中的水，主要热阻来自管子外侧，采用翅片管 加大传热表面积能大大改善传热效果。不过，翅片管在床中的放置方 式不同，其肋片效率也不同。将纵肋管水平放置于床层内，由于肋片 的阻挡，不均一的“乳化团”不易撞击到受热面内部，肋片效率仅为 31％左右，而如果把试验管倾斜50。左右进行试验，肋片效率达 74.7％。
4.Palchonok对流换热关联式 Palchonok提出颗粒对流换热是通过气膜进行换热 的，即，传热过程首先在气膜表面，然后热量通过 气膜到达换热表面，提出如下换热系数关联式

3(1－ ) f d min d a +d i h con = 8 eff d i d a
关联式
第二节 稀相区传热
循环流化床上部稀相区的传热过程 影响传热的各种因素 关联式

(一)三个控制传热过程的因素
h=hgc +hpc +hrad
1．气体对流传热系数
hgc
2．辐射传热系数
hrad
3
. 颗粒对流传热系数 hpc




稀相区和密相区传热特点比较 1．密相区和稀相区的传热系数随时间的动态变化 当流化速度和循环率相同时，在所有高度上的瞬态传热系 数都是剧烈波动的，其中的降值表明有颗粒团与测量探头 接触。不过，各处的气固流体特性是有区别的。在床上部 的稀相区中的传热系数最大。 2．浓相区和稀相区传热系数在不同颗粒浓度下的对比 除了较低颗粒浓度情况外，如果固体颗粒浓度相同，床中 浓、稀相区的传热系数基本上是一样的。这是因为，固体 颗粒浓度在传热中扮演主角之故。 3．沿循环床高度传热系数的变化 循环流化床中，传热系数沿床层高度方向是下降的，这 主要是由于循环流化床内固体颗粒浓度沿床层的高度方向 降低造成的。
循环流化床锅炉-传热
概述
流化床传热的三种基本形式
（1）床层内的有效传热 （2）颗粒与气体间的传热 （3）床层与受热面间
h=hgc +hpc +hrad
1．气体对流传热系数
hgc
2．辐射传热系数
hrad
3
. 颗粒对流传热系数 hpc
颗粒对流传热系数
hpc
气泡覆盖的时间份额
hpc (1 f 0 )hp f 0 hb
第一节 密相区传热
循环流化床下部密相区与受热面间的传热机理 影响传热的各种因素

循环流化床下部 密相区与受热面 间的传热机理
(一)三个控制传热过程的因素
h=hgc +hpc +hrad
1．气体对流传热系数
hgc
2．辐射传热系数
hrad
3
. 颗粒对流传热系数 hpc
循环流化床下部 密相区与受热面 间的传热机理

4．床温和壁温对传热系数的影响
在循环流化床的密相区中，床与传热面之 间的传热系数随着床温的升高而升高。 传热系数随壁温的升高成直线规律变化， 其变化斜率为0.44

床温对传热系数的影响
传热系数与壁温的关系
5．固体颗粒浓度的影响
循环流化床中传热系数受床内固体颗粒浓
度的影响是十分强烈的，其值随固体颗粒 浓度的增加而增加。
3．流化风速对传热的影响 在循环流化床中，运行风速对传热过程的影响是 比较复杂的，一般而言，风速增大时，一方面使 气体对流传热增强，另一方面则由于颗粒浓度减 小而使传热系数减小。在循环流化床中，对于固 体浓度较大的床下部浓相区，颗粒以非稳态导热 为主，传热系数随风速增大而减小；而对于颗粒 浓度较小的稀相区，则气体对流将比较明显，因 而传热系数可能随流化风速增大而增大。不过， 由于在稀相区固体颗粒贴壁下滑，而气流对流分 量比固体分量要小得多，因此在固体颗粒浓度一 定时，传热系数基本上不随流化风速变化。
影响稀相区传热的各个因素
流化风速的影响
粒径的影响 颗粒筛分分布的影响 颗粒浓度的影响 床温的影响
流化风速的影响 如果颗粒浓度，颗粒直径和物料不变，改变
流化风速时，对流换热系数改变很小，引起 的辐射换热和颗粒对流换热的变化基本可以 忽略不计。这是因为流化风速的变化范围较 小。 流化风速和颗粒物性相互联系，颗粒直径分 布及物理性质变换后，流化风速也改变。