对流受热面的换热计算.
B
B
锅炉对流受热面的换热计算
大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预 热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。尽管这些受热面的结构布 置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均 采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有 所不同。
对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气 侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热 量。
对流受热面换热计算的基本方程
1.受热面的对流传热方程
Q = K ?tH , kJ/kg d j
式中 Q ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以1kg 燃料（固体、液体）或
d
1m 3 ；燃料（气体）为基准； K ——传热系数,W/(m 2·℃)； ?t ——传热温压，℃； H —
—参与对流换热的受热面面积，m 2； B ——锅炉计算燃料量， k g/s 。
j
2.烟气侧热平衡方程
对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的，为
Q = ? (h ' - h '' + ?α h 0 ), kJ/kg
d
y y lk
式中
? ——保热系数，考虑散热损失的影响；h ' 、 h " ——烟气在该受热面入口及出口
y y
截面上的平均焓值，kJ/kg ；h 0 ——对应于过量空气系数α = 1 时，漏入该段受热面烟气侧
lk
的冷空气焓值, kJ/kg ； ?α ——该段受热面的漏风系数。
3.工质侧热平衡方程
对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。 （1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。
这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量 和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸 收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即
D (h "- h ')
Q =
- Q ,kJ/kg
d
f
j
式中
Q ——受热面吸收来自炉膛的辐射热量, kJ/kg ; D ——工质流量，k g/s ；h " 、h ' —
f
—受热面出口及入口的工质焓值, kJ/kg 。
f
Q " =
Q '
(1 - a ) x " β
,kJ/kg
B
? ?α ? ( )
Q = β " + ? h 0''ky - h 0'ky ,kJ/kg
2 ? ? 来自炉膛烟气的辐射热量 Q ' 可能不会全部被屏式过热器吸收，将有一部分热量Q " 透射到
f f
屏后的其他受热面，另外屏间烟气的辐射热量也会投射到屏后的受热面上，用Q " 表示。 P
所以，屏式过热器及其后的对流过热器的工质吸收炉膛的辐射热量为
Q = Q ' - (Q
" + Q " ) f
f
P
来自炉膛的烟气辐射热量是由炉膛传热计算确定的，即
Q ' =
βη
f
q F " 1 H 1 B
j
式中 F " ——炉膛出口烟窗面积，m 2；β ——考虑炉膛与屏相互辐射影响的修正系数；q
1 H
——炉膛有效辐射受热面积的屏间热负荷；η ——沿炉膛高度面积热负荷的不均匀系数。
1
炉膛辐射透射到屏后受热面的热量按下式计算，即
f p
f
屏间烟气对屏后受热面的辐射热量为
Q " = p σ aF " T 4ξ
0 p pj r
B
j
,kJ/kg
(2)布置在水平烟道和尾部烟道中的过热器、再热器、省煤器及直流锅炉的过渡区等受
热面内工质的吸热量按下式计算，即
D (h "- h ')
Q =
,kJ/kg
d
j
（3）空气预热器中空气的吸热量为
ky d ky
主要对流受热面的计算特点
1、对流过热器和再热器的计算
对流过热器和再热器均为烟气横向冲刷（顺列或错列），按平均烟气温度（进口截面和 出口截面烟气温度的算术平均值）计算平均烟气流速，计算烟气量的过量空气系数亦取进口 和出口过量空气系数的平均值。
过热器或再热器受热面吸收来自炉膛的辐射热Q 时，应在热平衡计算中考虑这部分热
lf
量。在所计算的对流过热器或再热器前布置有凝渣管或屏式受热面的情况下，计算Q 时需
lf
计及凝渣管或屏式受热面的吸热量对Q 的影响。
lf
计算燃烧产物管间辐射的辐射放热系数时，应考虑位于过热器或再热器受热面前和其间
q
的气室空间容积的辐射，对平均有效辐射层厚度进行修正。位于管束后的气室空间对管圈的 辐射忽略不计。
当采用锅炉尾部竖井分隔烟道及烟气挡板调节再热蒸汽温度时，在两烟道中，分别按流 经受热面计算区段的烟气份额计算烟气出口温度和焓值，而后按均匀混合计算进入到下一级 受热面的入口烟气温度和焓值。
过热器（和再热器）中间均装有喷水减温器，通常以减温器为界分为两级独立的受热面 进行计算。如果减温器前后的受热面管组布置在同一烟气区段内，可合并在一起进行传热系 数的计算，对两部分按其实际温度分别计算温压。
减温器前蒸汽流量 D 较减温器后的蒸汽流量 D 要小，其差值为喷水量 ?D ，喷水减温
q h
器的热量平衡为
?D (h ' - h
q
jws )= D ?h
q
jw
进一步可得 ?D 值与减温器中蒸汽焓的降低值 ?h
间的关系，即
jw ?D = D - D = D
h
q
q
?h h ' - h
q jws
jw
式中 h " ——减温器前级受热面出口蒸汽焓，即减温器进口蒸汽焓；h ' ——减温器后级受
q
热面入口蒸汽焓，即减温器出口蒸汽焓； h jws ——进入减温器中喷水的焓。
2、蒸发管束及附加受热面的计算 （一）凝渣管束
一般情况下，凝渣管束布置在炉膛的出口，并且通常系炉膛水冷壁的延伸部分，管内介 质系汽水混合物，可按错列管束计算。
由于凝渣管束往往直接布置在炉膛出口窗后，因此必须考虑吸收炉膛的辐射热，计算受 热面的对流传热量时，应从凝渣管束的总换热量中扣除辐射换热量。
（二）直流锅炉过渡区
在直流锅炉中，为了减轻锅内积盐所造成的危害，常将盐分容易沉积区域的受热面，布 置在烟气温度较低的区域，称为过渡区域。当锅炉给水品质足够高时，可以不限制过渡区域 的布置位置。
在所有可能的负荷情况下，过渡区进口蒸汽湿度应不小于15%~20% ，而过渡区受热面 出口蒸汽过热度不小于 20℃。如在过渡区前装置了分离器，其进口的蒸汽可取为干蒸汽。
过渡区的计算与过热器受热面计算区别不大，过热度较低且数值不大于 40℃时，过渡 区的传热温压计算可简化为烟气平均温度与饱和温度之差；如过热度高于 40℃，则需按有 介质状态变化的情况，分段计算传热温压。
（三）转向气室
在现代电站锅炉结构中，转向气室内常布置有敷壁管的受热面或稀疏的悬吊管受热面， 烟气在转向气室中的流动速度较低，一般按辐射换热进行计算。同时又由于转向气室中的换 热量在整台锅炉的换热中所占的份额较小，因此，常作简化计算。转向气室的换热方程为
Q = α (? -
t
f
式中 H ——换热面积， m 2。
h g
)H , kJ/kg
B
'
转向气室的有效辐射层厚度可按气室的长、宽、高三维尺寸 a 、b 、c 计算，即
s =
2.2
,m
1 1 1 + +
a b c
计算辐射放热系数的定性烟气温度取烟气平均温度，灰污系数可近似选取：固体燃料
0.0086 m 2·℃/W ，液体燃料 0.007 m 2·℃/W ，气体燃料 0.0055 m 2·℃/W.
敷壁辐射受热面按与炉膛水冷壁受热面类似的方法计算。对为数不多的悬吊管等，同样 按辐射投影面计算，并考虑辐射角系数的修正。
当计算灰污壁温 t 时，对受热面内不同介质的温度，应分别进行计算。转向气室的换 hg
热量为各部分换热量之和。
（四）、过热器、再热器的附加受热面及悬吊管
在过热器、再热器或其他主受热面区段内布置有另一种介质状态的附加受热面，或虽属 同一介质状态，但属于单独计算的受热面时，附加受热面所吸收的热量包括在计算主受热面 的烟气发热量中。主受热面区段的敷壁管(包括烟道四壁、烟道顶部和底部)及主受热面的悬 吊管等均属于附加受热面。
当附加受热面的数量不大于主受热面 10%时，附加受热面的换热可按下述方法计算。 无论附加受热面与主受热面结构形式是否相同，通常因受烟气冲刷较差，计算受热面积 时往往引入经验修正系数。敷壁管按与水冷壁相同的方法计算，悬吊管按圆周受热面计算， 修正系数可取为 0.5。附加受热面的传热系数取等于主受热面的传热系数。
附加受热面与主受热面并联布置时，取烟气平均温度与附加受热面工质平均温度之差值 作为附加受热面的传热温压。当附加受热面串联在主受热面之后时，取烟气出口端温度与工 质平均温度之差为传热温压。
换热计算式为
Q = H K ?t
fj j
fj
式中
H ' ——以修正系数修正后的附加受热面积 , m 2 ； K ——主受热面传热系数， W/
(m 2·℃)； ?t ——附加受热面的传热温压，℃。
fj
3、省煤器的计算
省煤器的计算过程与过热器、再热器类似，两级布置省煤器的每一级的计算与单级省煤 器的计算相同。
当进行省煤器的设计计算时，省煤器的计算吸热量可由汽水吸热平衡方程近似估算，即
Q = Q η sm yx 100
gl 100 - q 4
- ∑ Q ,kJ/kg ph
式中
Q ——1kg 燃料的有效利用热量； ∑ Q ——炉膛及各级受热面（除省煤器外）的
yx
ph
吸热量，需代入由热平衡方程计算的数值。
当由炉膛沿烟气流程逐级计算受热面时，省煤器进口烟气温度为已知值，当从锅炉尾部 逆烟气流程逐级计算受热面时，省煤器出口烟气温度为已知值。无论哪一种情况，通常省煤 器进口水温度是已知值。省煤器中传热温压，按烟气和水相互流动方向所构成的系统进行计
ky II
=α"-?α-?α
ky I =β"
ky II
+?α
)t'
算。
在省煤器的计算中，计算流经省煤器的实际水流量Q时，应考虑排污量、自用蒸汽量、
sm
喷水减温水量等。
当进行布置在尾部竖井分隔烟道中的省煤器计算时，需要考虑分隔烟道中流过的烟气份额，以确定烟气速度和计算省煤器出口温度。
4、空气预热器的计算
管式空气预热器为单级布置时，可将其作为一个整体进行计算。如空气预热器为双级布置，则上级（第二级）和下级（第一级）分别进行计算。
空气预热器的计算需依据空气的实际流量，合理估计漏风系数是很重要的，并需要考虑抽取温风的比例。当全部空气均在空气预热器内加热时，对单级空气预热器或双级布置的空气预热器的第二级，空气侧出口过量空气系数为
β"
11zf
式中α"——炉膛出口过量空气系数；?α——炉膛漏风系数；?α11
双级布置空气预热器的第一级，其出口过量空气系数为；zf
——制粉系统漏风数。
β"
2
式中?α——第二级空气预热器的漏风；
2
只有一部分空气在第二级空气预热器内加热时，第二级空气预热器按实际空气流量进行计算。
当采用热风再循环时，提高了预热器入口的空气温度。再循环空气量与理论空气量之比称为循环系数，由式（10-76）计算，即
β=
(β"+?
α
yz ky ky
-t
ky lk
t-t'
rk ky
式中?α
ky
——整个空气预热器中空气流动部分的漏风系数，可取等于烟气侧的漏风系数；
t、t、t'——冷空气温度、热空气温度和空气预热器入口空气温度，℃。
lk rk ky
热风再循环时，热平衡、温压、空气的平均温度及平均流速均要按空气的实际流量及空气的实际温度去计算。
烟气或空气的平均温度按各自进、出口端的算术平均值计算。传热温压按不同的流动系
统计算，烟气和空气的平均流速按实际流量及平均温度确定。
除第二级空气预热器外，由于烟气温度较低，辐射放热系数可以不计。
在进行回转式空气预热器校核热力计算时，其受热面面积和介质流通截面积均与制造厂家所采用的蓄热板板型有关，需要根据厂家提供的单位容积蓄热板的受热面面积和单位面积的流通截面积计算；传热温压按逆流温压计算；各制造厂家根据不同蓄热板型所提供的传热系数计算式有所不同。
对流换热计算式
关系式 返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。 一、掠过平板的强迫对流换热 应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。 沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总 注意：定性温度为边界层的平均温度，即。 二、管内强迫对流换热 (1) 流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。 (2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温
度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。 (3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。 (4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。 常热流 层流，充分发展段， 常壁温 层流，充分发展段， 充 - 充分发展段，气体， - 充分发展段，液体， ； 紊流，充分发展段，
沸腾换热计算式
沸腾换热计算式 沸腾换热计算式 (1)大容器饱和核态沸腾 前面的分析表明，影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数，而汽化核心数又受到墨面材料及其表面状况、压力和物性的影响。由于因素比较复杂，如墨面的表面状况受表面污染、氧化等影响而有不同，文献中提出的计算式分歧较大。在此仅介绍两种类型的计算式：一种是针对某一种液体的；另一种是广泛适用于各种液体的。当然，针对性强的计算式精确度往往较高。 对于水,米海耶夫推荐的在105～4×106Pa压力下大容器饱和沸腾的计算式为 (3-4) 按q=h△t的关系,上式也可转换成 (3-5) 以上两式中 h:沸腾换热表面传热系数,W/(m2·K) p:沸腾绝对压力,Pa; △t:壁面过热度,℃; q:热流密度,W/m2。 基于核态沸腾换热主要是气泡高度扰动的强制对流换热的设想,推荐以下使用性光的实验关联式: (3-6) 式中 c pl:饱和液体的比定压热容,J/(kg·K); C wl:取决于加热表面-液体组合情况的经验常数;
r:汽化潜热,J/kg; g:重力加速度,m/s2; Pr l:饱和液体的普朗数,Pr l=c plμl/k l; μl:饱和液体的动力粘度,kg/(m·s); ρl、ρv:饱和液体和饱和蒸汽的密度,kg/m3; γ:液体-蒸汽截面的表面张力,N/m; s:经验指数,对于水s=1,对于其他液体s=。 由实验确定的C wl值见表3-1。 表面-液体组合情况C wl 水-铜 烧焦的铜 抛光的铜 水-黄铜 水-铂 水-不锈钢 磨光并抛光的不锈 钢 化学腐蚀的不锈钢 机械抛光的不锈钢 苯-铬 乙醇-铬 表3-1 各种表面-液体组合情况的C wl值
4-5 对流传热系数关联式
知识点4－5 对流传热系数关联式 【学习指导】 1．学习目的 通过本知识点的学习，了解影响对流传热系数的因素，掌握因次分析法，并能根据情况选择相应的对流传热系数关联式。理解流体有无相变化的对流传热系数相差较大的原因。 2．本知识点的重点 对流传热系数的影响因素及因次分析法。 3．本知识点的难点 因次分析法。 4．应完成的习题 4-11 在一逆流套管换热器中，冷、热流体进行热交换。两流体进、出口温度分别为t1=20℃、t2=85℃；T1=100℃、T2=70℃。当冷流体流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数不变，换热器热损失可忽略。 4-12 试用因次分析法推导壁面和流体间自然对流传热系数α的准数方程式。已知α为下 列变量的函数： 4-13 一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃。空气在换热器的管内湍流流动。压强为180kPa的饱和蒸汽在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20％，而空气的进出口温度不变，试问应采取什么措施才能完成任务，并作出定量计算。假设管壁和污垢热阻可忽略。 4-14 常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在列管换热器的管间沿轴向流动，离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm，管束由37根ф19×2的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。
4-15 温度为90℃的甲苯以1500kg/h的流量流过直径为ф57×3.5mm、弯曲半径为0.6m的蛇管换热器而被冷却至30℃，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。 4-16 流量为720kg/h的常压饱和蒸汽在直立的列管换热器的列管外冷凝。换热器的列管直径为ф25×2.5mm，长为2m。列管外壁面温度为94℃。试按冷凝要求估算列管的根数（假设列管内侧可满足要求）。换热器的热损失可以忽略。 4-17 实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和蒸汽冷凝。列管由直径为ф25×2.5mm的钢管组成。当水的流速为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数为2115W/(m2.℃)；若其它条件不变，而水的速度变为1.5m/s时，测得系数为2660 W/(m2.℃)。试求蒸汽冷凝的传热系数。假设污垢热阻可忽略。 对流传热速率方程虽然形式简单，实际是将对流传热的复杂性和计算上的困难转移到对流传热系数之中，因此对流传热系数的计算成为解决对流传热的关键。 求算对流传热系数的方法有两种：即理论方法和实验方法。前者是通过对各类对流传热现象进行理论分析，建立描述对流传热现象的方程组，然后用数学分析的方法求解。由于过程的复杂性，目前对一些较为简单的对流传热现象可以用数学方法求解。后者是结合实验建立关联式，对于工程上遇到的对流传热问题仍依赖于实验方法。 一、影响对流传热系数的因素 由对流传热的机理分析可知，对流传热系数决定于热边界层内的温度梯度。而温度梯度或热边界层的厚度与流体的物性、温度、流动状况以及壁面几何状况等诸多因素有关。 1．流体的种类和相变化的情况 液体、气体和蒸汽的对流传热系数都不相同，牛顿型流体和非牛顿型流体也有区别。本书只限于讨论牛顿型流体的对流传热系数。 流体有无相变化，对传热有不同的影响，后面将分别予以讨论。 2．流体的特性
对流换热与准则数
单相流体对流换热及准则关联式部分 返回一、基本概念 主要包括对流换热影响因素；边界层理论及分析；理论分析法（对流换热微分方程组、边界层微分方程组）；动量与热量的类比；相似理论；外掠平板强制对流换热基本特点。 1、由对流换热微分方程知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。试判断这种说法的正确性? 答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。 2、在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大?为什么?有人说对一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗? 答：在温度边界层中，贴壁处流体温度梯度的绝对值最大，因为壁面与流体间的热量交换都要通过贴壁处不动的薄流体层，因而这里换热最剧烈。由对流换热微分方程，对一定表面传热温差的同种流体λ与△t均保持为常数，因而可用绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小。3、简述边界层理论的基本论点。 答：边界层厚度δ、δt与壁的尺寸l相比是极小值； 边界层内壁面速度梯度及温度梯度最大； 边界层流动状态分为层流与紊流,而紊流边界层内,紧贴壁面处仍将是层流,称为层流底层； 流场可以划分为两个区：边界层区（粘滞力起作用）和主流区，温度同样场可以划分为两个区：边界层区（存在温差）和主流区（等温区域）； 对流换热热阻主要集中在热边界层区域的导热热阻。层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。紊流边界层的热阻为层流底层的导热热阻。 4、试引用边界层概念来分析并说明流体的导热系数、粘度对对流换热过程的影响。
对流换热系数的确定.doc
对流换热系数的确定 核心提示：1.自然对流时的对流换热系数炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。2.强制对流时的对流换热系数(1)气流沿 1.自然对流时的对流换热系数 炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。 2.强制对流时的对流换热系数 (1)气流沿平面强制流动时气流沿平面流动时，烧结炉其对流换热系数可按表1-1的近似公式计算。 表1-1对流换热系数计算 vo=C4.65(m/s) x；o>4.65(m/s) 光滑表面a=5.58+4.25z'o a^V.Slvg78 轧制表面a-=5.81+4.25vo a=7.53vin. 粗糙表面o=6.16+4.49vo a=T.94vi78 气流沿长形工件强制流动时当加热长形工件时，循环空气对工件表面的对流换热系数可用下述近似公式计算 气流在通道内层流流动时气流呈层流流动时，对流换热系数主要决定于炉气的热导率，而与炉气的流速无关。 绝对黑体的概念 当物体受热后一部分热能转变为辐射能并以电磁波的形式向外放射，其波长从lfmi到若干m。各种不同波长的射线具有不同性质，可见光和红外线能被物体吸收转化为热能，称它们为热射线。各种物体由于原子结构和表面状态的不同，其辐射和吸收热射线的能力有明显差别。 当能量为Q的一束热射线投射到物体表面时，也和可见光一样，一部分能量Qa将被吸收，一部分能量Qr被反射，还有一部分能量Qu透射过物体(如图1-5)。按能量守恒定律则有
图1-5辐射能的吸收、反射和透过 如果A=l，则R=D=0，即辐射能全部被吸收，这种物体称绝对黑体，简称黑体。 如果R=l，则A=D=0，即辐射能全部被反射，这种物体称绝对白体，简称白体。如果D= 1，则A=K=0，即辐射能全部被透过，这种物体称绝对透过体，简称透过体。 自然界中，黑体、白体和透过体是不存在的，它们都是假定的理想物体。对于一种实 际物体来说数值，不仅取决于物体的特性，还与表面状态、温度以及投射射线的波长等有关。为研究方便，人们用人工方法制成黑体模型。在温度均匀、不透过热射线的空心壁上开一小孔，此小孔即具有绝对黑体性质:所有进入小孔的辐射能，在多次反射过程中几乎全部被内壁吸收。小孔面积与空腔内壁面积之比越小，小孔越接近黑体。当它们的面积比小于0.6%，空腔内壁的吸收率为0.8时，则小孔的吸收率A大于0.998，非常接近黑体。
对流换热公式汇总与分析..
对流换热公式汇总与分析 【摘要】流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热，它已不是基本传热方式。本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。 【关键词】对流换热 类型 公式 适用范围 对流换热的基本计算形式——牛顿冷却公式： )(f w t t h q -= )/(2m W 或2Am 上热流量 )(f w t t h -=Φ )(W 上式中表面传热系数h 最为关键，表面传热系数是众多因素的函数，即 ),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ= 综上所述，由于影响对流换热的因素很多，因此对流换热的分析与计算将分类进行，本文所涉及的典型换热类型如表1所示。 表1典型换热类型 1. 受迫对流换热 1.1 内部流动 对流换热 无相变换热 受迫对流换热 内部流动换热 圆管内受迫流动 非圆形管内受迫流动 外部流动 外掠平板 外掠单管 外掠管束（光管；翅片管） 自然对流换热 无限空间 竖壁；竖管 横管 水平壁（上表面与下表面） 有限空间 夹层空间 混合对流换热 — — — — 受迫对流与自然对流并存 相变换热 凝结换热 垂直壁凝结换热 水平单圆管及管束外凝结换热 管内凝结换热 沸腾换热 大空间沸腾换热 管内沸腾换热（横管、竖管等）
1.1.1 圆管内受迫对流换热 (1)层流换热公式 西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为 14 .03/13/13/1)()(Pr Re 86.1w f f f f l d Nu μμ= 或写成 14 .03/1)()(86.1w f f f l d Pe Nu μμ= 式中引用了几何参数准则 l d ，以考虑进口段的影响。 适用范围：16700Pr 48.0<<，75.9)(0044.0< 锅炉对流受热面的换热计算 大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。尽管这些受热面的结构布置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有所不同。 对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热量。 对流受热面换热计算的基本方程 1.受热面的对流传热方程 d j , kJ/kg K tH Q B ?= 式中d Q ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以1kg 燃料（固体、液体）或31m ；燃料（气体）为基准；K ——传热系数,W/(m 2·℃)；t ?——传热温压，℃；H ——参与对流换热的受热面面积，m 2；j B ——锅炉计算燃料量，kg/s 。 2.烟气侧热平衡方程 对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的，为 ()0d y y lk ,kJ/kg Q h h h ?α'''=-+? 式中 ?——保热系数，考虑散热损失的影响；y h '、y "h ——烟气在该受热面入口及出口截面上的平均焓值，kJ/kg ；0lk h ——对应于过量空气系数1α=时，漏入该段受热面烟气侧 的冷空气焓值,kJ/kg ；α?——该段受热面的漏风系数。 3.工质侧热平衡方程 对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。 （1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。 这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即 ()d f j "Q ,kJ/kg D h h Q B '-=- 式中 f Q ——受热面吸收来自炉膛的辐射热量,kJ/kg ;D ——工质流量，kg/s ；"h 、h '——受热面出口及入口的工质焓值,kJ/kg 。 对流换热公式汇总与 分析 对流换热公式汇总与分析 【摘要】流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热，它已不是基本传热方式。本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。 【关键词】对流换热 类型 公式 适用范围 对流换热的基本计算形式——牛顿冷却公式： )(f w t t h q -= )/(2m W 或2Am 上热流量 )(f w t t h -=Φ )(W 上式中表面传热系数h 最为关键，表面传热系数是众多因素的函数，即 ),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ= 综上所述，由于影响对流换热的因素很多，因此对流换热的分析与计算将分类进行，本文所涉及的典型换热类型如表1所示。 表1典型换热类型 1. 受迫对流换热 1.1 内部流动 1.1.1 圆管内受迫对流换热 (1)层流换热公式 西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为 14 .03 /13/13/1)() (Pr Re 86.1w f f f f l d Nu μμ= 或写成 14 .03/1)()(86.1w f f f l d Pe Nu μμ= 式中引用了几何参数准则 l d ，以考虑进口段的影响。 适用范围：16700Pr 48.0<<，75.9)( 0044.0< B B 锅炉对流受热面的换热计算 大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预 热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。尽管这些受热面的结构布 置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均 采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有 所不同。 对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气 侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热 量。 对流受热面换热计算的基本方程 1.受热面的对流传热方程 Q = K ?tH , kJ/kg d j 式中 Q ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以1kg 燃料（固体、液体）或 d 1m 3 ；燃料（气体）为基准； K ——传热系数,W/(m 2·℃)； ?t ——传热温压，℃； H — —参与对流换热的受热面面积，m 2； B ——锅炉计算燃料量， k g/s 。 j 2.烟气侧热平衡方程 对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的，为 Q = ? (h ' - h '' + ?α h 0 ), kJ/kg d y y lk 式中 ? ——保热系数，考虑散热损失的影响；h ' 、 h " ——烟气在该受热面入口及出口 y y 截面上的平均焓值，kJ/kg ；h 0 ——对应于过量空气系数α = 1 时，漏入该段受热面烟气侧 lk 的冷空气焓值, kJ/kg ； ?α ——该段受热面的漏风系数。 3.工质侧热平衡方程 对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。 （1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。 这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量 和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸 收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即 D (h "- h ') Q = - Q ,kJ/kg d f j 式中 Q ——受热面吸收来自炉膛的辐射热量, kJ/kg ; D ——工质流量，k g/s ；h " 、h ' — f —受热面出口及入口的工质焓值, kJ/kg 。 对流受热面的换热计算 锅炉对流受热面的换热计算 大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。尽管这些受热面的结构布置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有所不同。 对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热量。 对流受热面换热计算的基本方程 1.受热面的对流传热方程 d j , kJ/kg K tH Q B ?= 式中d Q ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以1kg 燃料（固体、液体）或31m ；燃料（气体）为基准；K ——传热系数,W/(m 2·℃)；t ?——传热温压，℃；H ——参与对流换热的受 热面面积，m 2；j B ——锅炉计算燃料量，kg/s 。 2.烟气侧热平衡方程 对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的，为 ()0d y y lk ,kJ/kg Q h h h ?α'''=-+? 式中 ?——保热系数，考虑散热损失的影响；y h '、y "h ——烟气在该受热面入口及出口截面上的平均焓值，kJ/kg ；0 lk h ——对应于过量空气系数1α=时，漏入该段受热面烟气侧的冷空气焓值,kJ/kg ；α?——该段受热面的漏风系数。 3.工质侧热平衡方程 对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。 （1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。 这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即 ()d f j "Q ,kJ/kg D h h Q B '-=- 式中 f Q ——受热面吸收来自炉膛的辐射热 量,kJ/kg ;D ——工质流量，kg/s ；"h 、h '——受热面 化工原理实验报告 实验名称：对流给热系数测定实验 学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工班 姓名： 学号： 同组者姓名： 指导教师： 日期： 一、 实验目的 1. 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型； 2. 测定空气在圆直管内强制对流给热系数i α； 3. 应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 4. 掌握热电阻测温的方法。 二、 实验原理 在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下关系式： VρC P (t 2－t 1)＝αi A i (t w －t)m （1-1） 式中：V ——被加热流体体积流量，m 3/s ； ρ——被加热流体密度，kg/m 3； C P ——被加热流体平均比热，J/(kg·℃)； αi ——流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m 2·℃)； t 1、t 2——被加热流体进、出口温度，℃； A i ——内管的外壁、内壁的传热面积，m 2； (T －T W )m ——水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃； 2 2112211ln )()()(w w w w m T T T T T T T T Tw T -----=- （1-2） (t w －t)m ——内壁与流体间的对数平均温度差，℃； 2211 2211ln )()()(t t t t t t t t t t w w w w m w -----=- （1-3） 式中：T 1、T 2——蒸汽进、出口温度，℃； T w1、T w2、t w1、t w2——外壁和内壁上进、出口温度，℃。 当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为T w1＝t w1，T w2＝t w2，即为所测得的该点的壁温。 由式（1-3）可得： （1-4） 若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A i ，以及水蒸气温度T ，壁温T w1、 1-2-4 对流传热系数关联式 一、对流传热系数的影响因素 实验表明，影响对流传热系数的因素主要有： 1、流体的种类和相变化的情况 2、流体的特性： 1）流体的导热系数λ； 2）粘度μ 3）比热容ρc p 、密度ρ：ρc p 代表单位体积流体所具有的热容量。 4）体积膨胀系数β：t V V V ?-=1 12β 3、流体的流动状态 层流和湍流的传热机理有本质区别： 层流时，传热只是依靠分子扩散作用的热传导，故h 就较湍流时为小； 湍流时，湍流主体的传热为涡流作用的热对流， 但壁面附近层流内层中为热传导，涡流使得层流内层的厚度减薄，温度梯度增大，故h就增大。 湍流时的对流系数较大。 4、流体流动的原因 自然对流和强制对流的流动原因不同。 强制对流： 设ρ1和ρ2分别代表温度为t1和t2两点的密度，则流体因密度差而产生的升力为(ρ1-ρ2)g。若流体的体积膨胀系数为β，单位为1/℃，并以Δt代表温度差(t2-t1)，则可得 ρ1=ρ2(１＋βΔt） 于是每单位体积的流体所产生的升力为： （ρ1-ρ2）g=[ρ2（１＋βΔt）－ρ2]g= ρ2gβΔt 强制对流是由于外力的作用，如泵、搅拌器等迫使流体的流动。 强制对流的对流系数大得多。 5、传热面的形状、位置和大小 传热管、板、管束等不同的传热面的形状;管子的排列方式，水平或垂直放置；管径、管长或板的高度等，都影响h 值。 表示传热面的形状、位置和大小的尺寸称为特征尺寸，用l 表示 所以，h 可以用下式表示: h=f （μ，λ，c p ，ρ，u ，ρgβΔt ，l ） （1） 二、因次分析 对流体无相变化的对流传热进行因次分析，得到的准 数关系式为: c b p a tl g c u l K l )()()(22 3μρβλμμρλα?= （2） 式（2）中各准数名称、符号和意义列于下表中。 准数名称 符 号 准数式 意义 实验五对流传热系数的测定 一、实验目的 1．学会对流传热系数的测定方法。 2．测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式，以检验通用的对流传热准数关联式。 3．了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。 二、实验内容 测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热器中的进、出口温度，求得空气在管内的对流传热系数。 三、基本原理 1．准数关联式 对流传热系数是研究传热过程及换热器性能的一个很重要的参数。在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换，由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。 由传热速率方程式知，单位时间、单位传热面所传递的热量为 q=K(T-t) （5—1）而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示 q=αh·(T-T w1) （5—2）或q=αc·(t w2-t) （5—3）式中q———传热量，W/m2； α———给热系数，W/m2· T———热流体温度，℃； t———冷流体温度，℃； T w1、t w2———热、冷流体侧的壁温，℃； 下标：c——冷侧h——热侧。 由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各影响因素与对流传热系数的定量关系。为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方程。在此基础上组织实验，并经过数据处理得到相应的关系式，如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系的变化规律可用如下准数关联式表示 N u=CR e m P r n(5—4) N d u = α λ (5—5)对流受热面的换热计算
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对流受热面的换热计算.
对流受热面的换热计算
对流给热系数
1-2-4对流传热系数关联式 1对流传热系数的影响因素
实验五对流传热系数