化工原理课件
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
DE：稳定气膜 EF：辐射传热影响加大
CD：汽化核心数↑，部分气泡在脱离之前连接形成不稳定气膜，壁面与液体隔开。
3) 影响的因素
物性： , , h
压力：p , ,
, , h
l / d 60
h [1 (d / l ) 0.7 ]h
圆形弯管内湍流
di h (1 1.77 ) h R
Nu 1.86( Re Pr di / l )1/ 3 ( / w ) 0.14
圆形直管内强制层流
自然对流 管外强制对流
Nu C (GrPr) n
流速较大时，且与液膜同向，h增大；
ts 流速较大时，且与液膜反向，h减小。 t
（5）液体沸腾传热 大容积饱和沸腾
加热面被沉浸在无强制
对流的液体中
管内沸腾 流体以一定流速流经 加热管时，
1) 大容积饱和沸腾传热机理
假设气泡是球形
πr 2 ( pv pl ) 2πr
2 pv pl r
液体温度高于其饱和温度
2 pv pl r
r 越小，t1 越大 气泡不可能自动产生
汽泡产生的条件 ◇ 液体必须过热 ◇ 必须有汽化核心
汽化核心：粗糙表面细小缝隙中残存空气 气泡能附着在其周围生长。
自然对流 AB：无气泡产生，热量传 递：加热面 液体
BC：气泡首先在汽化核心 上产生，长大后凭浮力 进入液体 , 壁面附近剧烈扰动
滴状冷凝
h滴状冷凝＞h膜状冷凝，相差几倍到几十倍，
但工业操作上，多为膜状冷凝。
膜状冷凝
(2) 膜状冷凝表面传热系数
◆ 膜状冷凝的真实过程
该过程包含： 冷凝、对流传热、热传导过程 非常复杂 处理方法：数学模型法 简化模型→数学处理→求解校正
◆努塞尔特膜状冷凝简化的物理模型 ① ② ③ ④ 液膜很薄，层流流动，传热方式为导热，温度分布为线性；
圆管内湍流
Re 10000
0.6 Pr 160
l / d 50
2 103 Pa s
0.7 Pr 167
Nu 0.027Re0.8 Pr0.33 ( /w )0.14
圆管内过度状况 h (1 6 10 )h Re1.8 没有充分发展
5
Re 10000
（b）水平管束外冷凝
水平管束的排列通常有直排和错排两种 ：
1
2 2 4 3
1
2
3
水平管束的排列及其对冷凝液膜厚度的影响
第一排管子：冷凝情况与单根水平管相同。 其他各排管子：冷凝情况必受到其上排管流下冷凝液的影响。
凝液量增加，液膜变厚，表面传热系数依次下降；
扰动加剧，表面传热系数依次增加。
理论计算平均值：
流体垂直流过管束
Nu CRen Pr0.4
有折流板的管束
Nu 0.36Re0.55 Pr1/ 3 ( / w ) 0.14
4.3.6 有相变化的对流传热
化工生产中，有相变的对 流传热过程非常常见
液体沸腾和蒸气冷凝 既是热交换过程也是流体流动过程，
同时还有相变
潜热大 相变化传热优点 表面传热系数大 饱和水蒸气冷凝温度恒定，易于控制
2
1 3
h：无量纲冷凝表面传热 系数,
实验结果：实测值高于理论值（约20%） 原因：液膜的波动、假设的不确切性
1 实测：h 1.88Re 3
（b）液膜湍流
h 0.0077Re0.4
② 水平管冷凝表面传热系数
（a）水平单管外冷凝
r 2 g3 1 h 0.725( )4 d0 t
(1) 蒸汽冷凝机理
蒸气与低于其饱和温度的壁面接触，蒸汽冷凝，释
tW ts
放汽化热
冷凝方式： ① 滴状冷凝 凝液结为小液滴（附着力小于表面张力）， 有裸露壁面，直接传递相变热。 ② 膜状冷凝 凝液呈液膜状（附着力大于表面张力）， 热量：蒸汽相→液膜表面→固体壁面。 比较两种冷凝方式的表面传热系数
u x 蒸汽静止，汽-液界面无粘性应力 | y 0 ； y
汽、液相物性为常数，壁面温度恒定，膜表面温度tδ =ts； 忽略饱和液体过冷所放出的显热。
b
x
y
ts
du x bdx dy
dx y x
u x,y
u x y
0
t h, W th, y
th,s
g ( y)bdx
努塞尔特膜状冷凝简化模型
)
4
n ( n
i 0.75 i
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
)4
（c）水平管内冷凝 特点：考虑蒸汽流速对h的影响 （1）蒸汽流速不大时，凝液可顺利排出， 可采用管外冷凝公式计算。 （2）当蒸汽速度较大时，可能形成两相流动， 应参考有关公式。
不凝气 蒸汽
凝液
(4) 影响冷凝传热的因素 ◇ 冷凝液膜两侧的温度差： t ts t w
pl pv r
σ
σ
a
b
c
d
气泡的生成过程
气泡的力平衡
pv 对应饱和温度 气泡内温度
tsv t v tsv
2 pv pl r
p1对应饱和温度 液体温度
pl
pv r
ts1
气泡的产生和生长都需 要从液体中获得热量
t1
σ
tv tsv
t1 tv tsv ts1
σ
t1 ts1
◆ 建立数学模型求解
做受力分析、质量衡算、热量衡算，得：
倾斜壁面：
r g sin h 0.943( ) Lt
2 3
1 4
g sin
蒸气在斜壁上的冷凝
g h 1.47( 2 ) Re
2 3 1 3
1 3
1 h 1.47Re 3
h h( 2 3 ) g
t h
◇ 流体物性的影响： 、、、r均影响h ◇ 不凝性气体的影响：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。
r g h 0.725( ) d0 t
2
3 1 4
◇ 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。 ◇ 蒸气流速的影响：流速不大时，影响可忽略；
r 2 g3 4 h 0.725( ) ndo t
r 2 g3
1
实验值：
h 0.725(
n 2 / 3d o t
1 )4
管排数不同时，
▲
采用平均管排数：
nav ( n1 n2 n3 ..... nz
0.75 0.75 0.75 n1 n2 n3 ....
CD：汽化核心数↑，部分气泡在脱离之前连接形成不稳定气膜，壁面与液体隔开。
3) 影响的因素
物性： , , h
压力：p , ,
, , h
l / d 60
h [1 (d / l ) 0.7 ]h
圆形弯管内湍流
di h (1 1.77 ) h R
Nu 1.86( Re Pr di / l )1/ 3 ( / w ) 0.14
圆形直管内强制层流
自然对流 管外强制对流
Nu C (GrPr) n
流速较大时，且与液膜同向，h增大；
ts 流速较大时，且与液膜反向，h减小。 t
（5）液体沸腾传热 大容积饱和沸腾
加热面被沉浸在无强制
对流的液体中
管内沸腾 流体以一定流速流经 加热管时，
1) 大容积饱和沸腾传热机理
假设气泡是球形
πr 2 ( pv pl ) 2πr
2 pv pl r
液体温度高于其饱和温度
2 pv pl r
r 越小，t1 越大 气泡不可能自动产生
汽泡产生的条件 ◇ 液体必须过热 ◇ 必须有汽化核心
汽化核心：粗糙表面细小缝隙中残存空气 气泡能附着在其周围生长。
自然对流 AB：无气泡产生，热量传 递：加热面 液体
BC：气泡首先在汽化核心 上产生，长大后凭浮力 进入液体 , 壁面附近剧烈扰动
滴状冷凝
h滴状冷凝＞h膜状冷凝，相差几倍到几十倍，
但工业操作上，多为膜状冷凝。
膜状冷凝
(2) 膜状冷凝表面传热系数
◆ 膜状冷凝的真实过程
该过程包含： 冷凝、对流传热、热传导过程 非常复杂 处理方法：数学模型法 简化模型→数学处理→求解校正
◆努塞尔特膜状冷凝简化的物理模型 ① ② ③ ④ 液膜很薄，层流流动，传热方式为导热，温度分布为线性；
圆管内湍流
Re 10000
0.6 Pr 160
l / d 50
2 103 Pa s
0.7 Pr 167
Nu 0.027Re0.8 Pr0.33 ( /w )0.14
圆管内过度状况 h (1 6 10 )h Re1.8 没有充分发展
5
Re 10000
（b）水平管束外冷凝
水平管束的排列通常有直排和错排两种 ：
1
2 2 4 3
1
2
3
水平管束的排列及其对冷凝液膜厚度的影响
第一排管子：冷凝情况与单根水平管相同。 其他各排管子：冷凝情况必受到其上排管流下冷凝液的影响。
凝液量增加，液膜变厚，表面传热系数依次下降；
扰动加剧，表面传热系数依次增加。
理论计算平均值：
流体垂直流过管束
Nu CRen Pr0.4
有折流板的管束
Nu 0.36Re0.55 Pr1/ 3 ( / w ) 0.14
4.3.6 有相变化的对流传热
化工生产中，有相变的对 流传热过程非常常见
液体沸腾和蒸气冷凝 既是热交换过程也是流体流动过程，
同时还有相变
潜热大 相变化传热优点 表面传热系数大 饱和水蒸气冷凝温度恒定，易于控制
2
1 3
h：无量纲冷凝表面传热 系数,
实验结果：实测值高于理论值（约20%） 原因：液膜的波动、假设的不确切性
1 实测：h 1.88Re 3
（b）液膜湍流
h 0.0077Re0.4
② 水平管冷凝表面传热系数
（a）水平单管外冷凝
r 2 g3 1 h 0.725( )4 d0 t
(1) 蒸汽冷凝机理
蒸气与低于其饱和温度的壁面接触，蒸汽冷凝，释
tW ts
放汽化热
冷凝方式： ① 滴状冷凝 凝液结为小液滴（附着力小于表面张力）， 有裸露壁面，直接传递相变热。 ② 膜状冷凝 凝液呈液膜状（附着力大于表面张力）， 热量：蒸汽相→液膜表面→固体壁面。 比较两种冷凝方式的表面传热系数
u x 蒸汽静止，汽-液界面无粘性应力 | y 0 ； y
汽、液相物性为常数，壁面温度恒定，膜表面温度tδ =ts； 忽略饱和液体过冷所放出的显热。
b
x
y
ts
du x bdx dy
dx y x
u x,y
u x y
0
t h, W th, y
th,s
g ( y)bdx
努塞尔特膜状冷凝简化模型
)
4
n ( n
i 0.75 i
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
)4
（c）水平管内冷凝 特点：考虑蒸汽流速对h的影响 （1）蒸汽流速不大时，凝液可顺利排出， 可采用管外冷凝公式计算。 （2）当蒸汽速度较大时，可能形成两相流动， 应参考有关公式。
不凝气 蒸汽
凝液
(4) 影响冷凝传热的因素 ◇ 冷凝液膜两侧的温度差： t ts t w
pl pv r
σ
σ
a
b
c
d
气泡的生成过程
气泡的力平衡
pv 对应饱和温度 气泡内温度
tsv t v tsv
2 pv pl r
p1对应饱和温度 液体温度
pl
pv r
ts1
气泡的产生和生长都需 要从液体中获得热量
t1
σ
tv tsv
t1 tv tsv ts1
σ
t1 ts1
◆ 建立数学模型求解
做受力分析、质量衡算、热量衡算，得：
倾斜壁面：
r g sin h 0.943( ) Lt
2 3
1 4
g sin
蒸气在斜壁上的冷凝
g h 1.47( 2 ) Re
2 3 1 3
1 3
1 h 1.47Re 3
h h( 2 3 ) g
t h
◇ 流体物性的影响： 、、、r均影响h ◇ 不凝性气体的影响：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。
r g h 0.725( ) d0 t
2
3 1 4
◇ 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。 ◇ 蒸气流速的影响：流速不大时，影响可忽略；
r 2 g3 4 h 0.725( ) ndo t
r 2 g3
1
实验值：
h 0.725(
n 2 / 3d o t
1 )4
管排数不同时，
▲
采用平均管排数：
nav ( n1 n2 n3 ..... nz
0.75 0.75 0.75 n1 n2 n3 ....