化工原理第四章第三節(jié)

1、2021-6-21 第第第第第第四四四四四四章章章章章章 傳熱傳熱傳熱傳熱傳熱傳熱 第第第第第第三三三三三三節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)節(jié) 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 一、對(duì)流傳熱的分析一、對(duì)流傳熱的分析 二、壁面和流體對(duì)流傳熱速率二、壁面和流體對(duì)流傳熱速率 三、對(duì)流傳熱系數(shù)三、對(duì)流傳熱系數(shù) 四、流體無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱四、流體無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱 系數(shù)系數(shù) 五、流體有相變時(shí)對(duì)流傳熱五、流體有相變時(shí)對(duì)流傳熱 系數(shù)系數(shù) 2021-6-21 一、對(duì)流傳熱的分析一、對(duì)流傳熱的分析 流體沿固體流體沿固體 壁面的流動(dòng)壁面的流動(dòng) 層流底層層流底層 過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū) 湍流主體湍流主體 流體分層運(yùn)動(dòng)，相鄰層間沒(méi)有流體

2、的流體分層運(yùn)動(dòng)，相鄰層間沒(méi)有流體的 宏觀運(yùn)動(dòng)。宏觀運(yùn)動(dòng)。在垂直于流動(dòng)方向上不存在垂直于流動(dòng)方向上不存 在對(duì)流傳熱，在對(duì)流傳熱，僅為流體的熱傳導(dǎo)。流僅為流體的熱傳導(dǎo)。流 體的熱導(dǎo)率較小，該層熱阻較大，體的熱導(dǎo)率較小，該層熱阻較大，溫溫 度差較大，即溫度梯度較大。度差較大，即溫度梯度較大。 對(duì)流和熱傳導(dǎo)共同作用，在該層內(nèi)溫度對(duì)流和熱傳導(dǎo)共同作用，在該層內(nèi)溫度 變化較緩慢。變化較緩慢。 熱阻很小，溫度梯度很小，熱阻很小，溫度梯度很小，各處的溫度各處的溫度 基本相同?；鞠嗤?2021-6-21 對(duì)流傳熱是集對(duì)流和熱傳導(dǎo)于一體的綜合現(xiàn)象。對(duì)流傳熱是集對(duì)流和熱傳導(dǎo)于一體的綜合現(xiàn)象。 對(duì)流傳熱的對(duì)流傳熱

3、的熱阻主要集中在層流底層。熱阻主要集中在層流底層。減薄層流底層的厚減薄層流底層的厚 度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的主要途徑。度是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的主要途徑。 2021-6-21 二、壁面和流體間的對(duì)流傳熱速率二、壁面和流體間的對(duì)流傳熱速率 1、對(duì)流傳熱速率方程、對(duì)流傳熱速率方程 t dtt dQdAdA dx 傅里葉定律： t對(duì)流傳熱溫差，對(duì)流傳熱溫差，（熱流體熱流體tTTw；冷流體；冷流體ttwt） 局部對(duì)流傳熱系數(shù)，局部對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2K)或或W/(m2)。 dQtdA牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律 2021-6-21 平均對(duì)流傳熱系數(shù)，平均對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2K)或或W/(m2) A總傳熱面積，總

4、傳熱面積，m2； QA t 在換熱器中，局部對(duì)流傳熱系數(shù)在換熱器中，局部對(duì)流傳熱系數(shù)隨管長(zhǎng)而變化，但在隨管長(zhǎng)而變化，但在 工程計(jì)算中，常使用平均對(duì)流傳熱系數(shù)和平均溫度差，此工程計(jì)算中，常使用平均對(duì)流傳熱系數(shù)和平均溫度差，此 時(shí)牛頓冷卻定律可以表示為：時(shí)牛頓冷卻定律可以表示為： 2021-6-21 2、對(duì)流傳熱系數(shù)、對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)定義式：定義式： Q A t 表示表示單位溫度差下，單位傳熱面積的對(duì)流傳熱速率。單位溫度差下，單位傳熱面積的對(duì)流傳熱速率。 反映了反映了對(duì)流傳熱的快慢，對(duì)流傳熱的快慢，對(duì)流傳熱系數(shù)大，則傳熱快。對(duì)流傳熱系數(shù)大，則傳熱快。 2021-6-21 三、

5、對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素三、對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素 （一）對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素（一）對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素 1、流體的種類(lèi)：、流體的種類(lèi)：液體的對(duì)流傳熱系數(shù)大于氣體液體的對(duì)流傳熱系數(shù)大于氣體 2、流體的物性、流體的物性 1）導(dǎo)熱系數(shù)）導(dǎo)熱系數(shù) 流體的導(dǎo)熱系數(shù)愈大，熱阻就愈小，對(duì)流傳熱系數(shù)愈大。流體的導(dǎo)熱系數(shù)愈大，熱阻就愈小，對(duì)流傳熱系數(shù)愈大。 2）粘度）粘度 流體的粘度愈小，對(duì)流傳熱系數(shù)愈高。流體的粘度愈小，對(duì)流傳熱系數(shù)愈高。 3）比熱容和密度）比熱容和密度 2021-6-21 cp：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的熱容量。單位體積流體所具有的熱容量。 cp值值愈大，愈大，流體攜帶熱量的能力愈強(qiáng)，流體攜帶

6、熱量的能力愈強(qiáng)，對(duì)流傳熱強(qiáng)度對(duì)流傳熱強(qiáng)度 愈大。愈大。 4）體積膨脹系數(shù)）體積膨脹系數(shù) 體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù)值愈大，值愈大，密度差愈大，密度差愈大，有利于自然對(duì)流有利于自然對(duì)流 。對(duì)強(qiáng)制對(duì)流也有一定的影響。對(duì)強(qiáng)制對(duì)流也有一定的影響。 3、流體對(duì)流的起因、流體對(duì)流的起因 強(qiáng)制對(duì)流的對(duì)流傳熱系數(shù)大于自然對(duì)流。強(qiáng)制對(duì)流的對(duì)流傳熱系數(shù)大于自然對(duì)流。 2021-6-21 4、流體流動(dòng)狀態(tài)流體流動(dòng)狀態(tài) 湍流的對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)比層流時(shí)的大。湍流的對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)比層流時(shí)的大。 5、流體的相態(tài)變化、流體的相態(tài)變化 相變時(shí)的相變時(shí)的比無(wú)相變時(shí)的大。比無(wú)相變時(shí)的大。 6、傳熱面的結(jié)構(gòu)、傳熱面的結(jié)構(gòu) 傳熱面的形狀（

7、管、板、環(huán)隙、管束等）、位置（管子排傳熱面的形狀（管、板、環(huán)隙、管束等）、位置（管子排 列方式、垂直放置或水平放置）和流道尺寸（管徑、管長(zhǎng)列方式、垂直放置或水平放置）和流道尺寸（管徑、管長(zhǎng) 等）等） 2021-6-21 準(zhǔn)數(shù)名稱(chēng)準(zhǔn)數(shù)名稱(chēng)符號(hào)符號(hào)準(zhǔn)數(shù)式準(zhǔn)數(shù)式意義意義 努塞爾特準(zhǔn)數(shù)努塞爾特準(zhǔn)數(shù) Nu l 表示對(duì)流傳熱系數(shù)表示對(duì)流傳熱系數(shù) 雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù) Re lu 流體流動(dòng)狀態(tài)的影響流體流動(dòng)狀態(tài)的影響 普朗特準(zhǔn)數(shù)普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr p c 流體物性的影響流體物性的影響 格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)Gr 2 23 tlg 自然對(duì)流的影響自然對(duì)流的影響 （二）對(duì)流傳熱系數(shù)的一般準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式（二）對(duì)流傳熱系

8、數(shù)的一般準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 2021-6-21 (,) abc Nuf Re Pr GrKRe Pr Gr 流體無(wú)相變時(shí)的強(qiáng)制對(duì)流：流體無(wú)相變時(shí)的強(qiáng)制對(duì)流： 流體無(wú)相變時(shí)的自然對(duì)流：流體無(wú)相變時(shí)的自然對(duì)流： (,)Nuf Re Pr (,)Nuf Pr Gr 2021-6-21 應(yīng)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式應(yīng)注意的問(wèn)題應(yīng)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式應(yīng)注意的問(wèn)題 1）定性溫度：定性溫度：各準(zhǔn)數(shù)中流體的物性參數(shù)所依據(jù)的溫度各準(zhǔn)數(shù)中流體的物性參數(shù)所依據(jù)的溫度 如：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值；如：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值； 壁面的平均溫度；壁面的平均溫度； 流體與壁面的平均溫度（膜溫）流體與壁面的平均溫度（膜溫） 2）特征尺寸：特征

9、尺寸：對(duì)流體流動(dòng)和傳熱有決定性影響的尺寸。對(duì)流體流動(dòng)和傳熱有決定性影響的尺寸。 3）適用范圍：適用范圍：關(guān)聯(lián)式中關(guān)聯(lián)式中Re,Pr等準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值范圍。等準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值范圍。 2021-6-21 四、流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)四、流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 傳熱計(jì)算中，一般規(guī)定：傳熱計(jì)算中，一般規(guī)定： Re2300，層流層流 2300 Re10000，過(guò)渡流過(guò)渡流 Re10000，湍流湍流 2021-6-21 1、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流 1）流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流）流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流 a)低黏度（低黏度（210-3Pas）流體）流體 n reu PRN 8 . 0 02

10、3. 0 0.8 0.023 n p i i c d u d 或 當(dāng)流體被當(dāng)流體被加熱時(shí)加熱時(shí)n=0.4，流體被流體被冷卻時(shí)，冷卻時(shí)，n=0.3。 特征尺寸：特征尺寸：Nu、Re等特征數(shù)中的等特征數(shù)中的l取管內(nèi)徑取管內(nèi)徑di。 2021-6-21 ,1207 . 0 ,104 re PR 管長(zhǎng)與管徑比管長(zhǎng)與管徑比 /60 i L d 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 定性溫度：定性溫度：取為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。取為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。 b) 高黏度的液體（高黏度的液體（210-3Pas） 0.141/3 0.8 w 0.027 p i i c d u d 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 4 Re

11、10 ,0.716700 ,60 r i L P d 特征尺寸：特征尺寸： 取管內(nèi)徑取管內(nèi)徑di。 /60 i Ld若時(shí)，將計(jì)算所得的將計(jì)算所得的乘以乘以)(1 7 . 0 Ldi 2021-6-21 定性溫度：定性溫度：除除w取取壁溫壁溫以外，其余均取液體進(jìn)、出口溫度以外，其余均取液體進(jìn)、出口溫度 的算術(shù)平均值。的算術(shù)平均值。 0.14 w a.1.05 當(dāng)液體被加熱時(shí)，取 0.14 w b.0.95 當(dāng)液體被冷卻時(shí)，取 0.14 w c.1 氣體，取 2021-6-21 2）流體在圓形直管內(nèi)呈過(guò)渡流）流體在圓形直管內(nèi)呈過(guò)渡流 對(duì)于對(duì)于Re=230010000時(shí)的過(guò)渡流范圍，時(shí)的過(guò)渡流范圍，

12、先按湍流的先按湍流的 公式計(jì)算公式計(jì)算，然后再乘以校正系數(shù)然后再乘以校正系數(shù)f。 8 . 1 5 106 1 e R f 3) 流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制層流流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制層流 當(dāng)管徑較小、水平管、流體與壁面間的溫度差較小，流當(dāng)管徑較小、水平管、流體與壁面間的溫度差較小，流 速較低才有嚴(yán)格的層流傳熱。其他情況下經(jīng)常伴有自然對(duì)流速較低才有嚴(yán)格的層流傳熱。其他情況下經(jīng)常伴有自然對(duì)流 傳熱。傳熱。自然對(duì)流傳熱對(duì)強(qiáng)制層流的傳熱的影響可以忽略時(shí)：自然對(duì)流傳熱對(duì)強(qiáng)制層流的傳熱的影響可以忽略時(shí)： 2021-6-21 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 1 0.14 3 i 1.86 L uer w d NR P 4

13、i 2.5 10 , Re2300, 10 L rer d GR P 特征尺寸：特征尺寸： 管內(nèi)徑管內(nèi)徑di。 定性溫度：定性溫度： 除除w取壁溫以外，其余均取液體進(jìn)、出口溫度的取壁溫以外，其余均取液體進(jìn)、出口溫度的 算術(shù)平均值。算術(shù)平均值。 時(shí)，當(dāng) 4 105 . 2 r G按上式計(jì)算出按上式計(jì)算出后，再乘以一校正系數(shù)后，再乘以一校正系數(shù) 3 1 015. 018 . 0 r Gf 2021-6-21 5）流體在非圓形管中作強(qiáng)制對(duì)流）流體在非圓形管中作強(qiáng)制對(duì)流 對(duì)于非圓形管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算，前面有關(guān)的經(jīng)對(duì)于非圓形管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算，前面有關(guān)的經(jīng) 驗(yàn)式都適用，只要將特征尺寸由圓管內(nèi)徑改

14、為當(dāng)量直徑驗(yàn)式都適用，只要將特征尺寸由圓管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑。 4de 流體流動(dòng)截面積 傳熱當(dāng)量直徑 傳熱周邊長(zhǎng)度 計(jì)算結(jié)果欠準(zhǔn)確，另一種方法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得常用計(jì)算結(jié)果欠準(zhǔn)確，另一種方法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得常用 的非圓型管道的對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。的非圓型管道的對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。 將計(jì)算所得的將計(jì)算所得的值乘以彎管效應(yīng)校正系數(shù)值乘以彎管效應(yīng)校正系數(shù) i 1 1.77 d R 4）流體在圓形彎管中作強(qiáng)制對(duì)流）流體在圓形彎管中作強(qiáng)制對(duì)流 2021-6-21 套管環(huán)隙中套管環(huán)隙中的對(duì)流傳熱，用的對(duì)流傳熱，用水水和和空氣空氣做實(shí)驗(yàn)，所得的做實(shí)驗(yàn)，所得的 關(guān)聯(lián)式為：關(guān)聯(lián)式為： 0.53 1 0.8 3 0

15、0.02 i ier e D RP dd 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： Re=12000220000，Di/d0=1.6517 特征尺寸：特征尺寸： 流動(dòng)當(dāng)量直徑流動(dòng)當(dāng)量直徑de 定性溫度：定性溫度： 流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值。 2021-6-21 2、流體在管外強(qiáng)制對(duì)流、流體在管外強(qiáng)制對(duì)流 （1）流體垂直流過(guò)管束）流體垂直流過(guò)管束 2021-6-21 直列直列三角形錯(cuò)列三角形錯(cuò)列正方形錯(cuò)列正方形錯(cuò)列 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 流體在流體在管束外垂直流過(guò)管束外垂直流過(guò)時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù) 4 . 0 PrR

16、e n CNu 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 34 1020 Re5 10 7 101.2 51.2 5x dxd ，。 特征尺寸：特征尺寸： 管外徑管外徑d0，流速取流體通過(guò)每排管子中最狹流速取流體通過(guò)每排管子中最狹 窄通道處的速度。其中錯(cuò)列管距最狹窄處的窄通道處的速度。其中錯(cuò)列管距最狹窄處的 距離應(yīng)在（距離應(yīng)在（x1-d0）和）和2（t-d0）兩者中取小者。）兩者中取小者。 定性溫度：定性溫度：取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。 C、n均由實(shí)驗(yàn)確定。均由實(shí)驗(yàn)確定。 2021-6-21 管束的平均對(duì)流傳熱系數(shù)為：管束的平均對(duì)流傳熱系數(shù)為： 11221 12 1 n ii

17、nni n n i i A AAA AAA A 2021-6-21 （2）流體在有折流板的換熱器的管間流動(dòng)）流體在有折流板的換熱器的管間流動(dòng) 2021-6-21 2021-6-21 2021-6-21 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： Re=2103106 定性尺寸：定性尺寸： 傳熱傳熱當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de 。 定性溫度：定性溫度： 除除w取壁溫以外，其余均取液體進(jìn)、出口溫取壁溫以外，其余均取液體進(jìn)、出口溫 度的算術(shù)平均值。度的算術(shù)平均值。 當(dāng)量直徑可根據(jù)管子排列的情況別用不同式子進(jìn)行計(jì)算：當(dāng)量直徑可根據(jù)管子排列的情況別用不同式子進(jìn)行計(jì)算： 14. 0 3 1 55. 0 36. 0 w reu PRN

18、凱恩公式凱恩公式 2021-6-21 管子呈管子呈正方形正方形排列時(shí)：排列時(shí)： 22 0 0 4 4 e td d d 管子呈管子呈三角形三角形排列時(shí)：排列時(shí)： 22 0 0 3 4 24 e td d d 特征流速：特征流速：根據(jù)流體流過(guò)管間的最大截面積根據(jù)流體流過(guò)管間的最大截面積A計(jì)算計(jì)算 t d hDA 0 1 2021-6-21 3、大空間自然對(duì)流、大空間自然對(duì)流 n rru PGCN n p C tlg l C 2 32 或 大空間自然對(duì)流是指?jìng)鳠岜诿娣胖迷诤艽蟮目臻g內(nèi)，大空間自然對(duì)流是指?jìng)鳠岜诿娣胖迷诤艽蟮目臻g內(nèi)， 由壁面溫度與周?chē)黧w溫度不同引起自然對(duì)流，并且周?chē)鷽](méi)由壁面溫度與周

19、圍流體溫度不同引起自然對(duì)流，并且周?chē)鷽](méi) 有阻礙自然對(duì)流的物體。如管道或傳熱設(shè)備的表面與周?chē)笥凶璧K自然對(duì)流的物體。如管道或傳熱設(shè)備的表面與周?chē)?氣層之間的對(duì)流傳熱。氣層之間的對(duì)流傳熱。 定性溫度：定性溫度：取壁面溫度與流體平均溫度的算術(shù)平均值取壁面溫度與流體平均溫度的算術(shù)平均值 特征尺寸：特征尺寸：水平管，取管外徑水平管，取管外徑do；垂直管或板，取垂直高度；垂直管或板，取垂直高度L tGr中的取壁面溫度與流體平均溫度之差。 2021-6-21 五、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)五、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 1、蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)、蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 1）蒸汽冷凝的方式）蒸汽冷凝的

20、方式 a) 膜狀冷凝：膜狀冷凝： 若冷凝液能夠浸潤(rùn)壁面，在壁面上形成一完若冷凝液能夠浸潤(rùn)壁面，在壁面上形成一完 整的液膜整的液膜 b)滴狀冷凝：滴狀冷凝： 若冷凝液體不能潤(rùn)濕壁面，由于表面張力的作若冷凝液體不能潤(rùn)濕壁面，由于表面張力的作 用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面 落下落下 2021-6-21 2021-6-21 2）膜狀冷凝的傳熱系數(shù)）膜狀冷凝的傳熱系數(shù) a)蒸汽在水平管外膜狀冷凝蒸汽在水平管外膜狀冷凝 由于管徑較小，液膜通常呈層流流動(dòng)由于管徑較小，液膜通常呈層流流動(dòng) 1 4 23 2 3 0 0.725 SW gr ndTT r飽和溫度

21、飽和溫度Ts下，蒸汽的冷凝潛熱下，蒸汽的冷凝潛熱J/kg； 冷凝液的密度，冷凝液的密度，kg/m3； 冷凝液的熱導(dǎo)率，冷凝液的熱導(dǎo)率，W/(mK) ； 冷凝液的黏度冷凝液的黏度Pas； Ts飽和蒸汽溫度；飽和蒸汽溫度；Tw 壁面溫度；壁面溫度； n水平管束在垂直列上的管子數(shù)，單根水平管，水平管束在垂直列上的管子數(shù)，單根水平管，n1。 2021-6-21 特征尺寸：特征尺寸：管外徑管外徑d0。 定性溫度：定性溫度：壁面溫度與飽和蒸汽溫度的算術(shù)平均值，壁面溫度與飽和蒸汽溫度的算術(shù)平均值， sw 2TT即 12 0.750.750.75 12 Z m Z nnn n nnn 列管式換熱器，管束由相互

22、平行的列管式換熱器，管束由相互平行的Z列管子組成，各列管子列管子組成，各列管子 在垂直方向上的排數(shù)并不相等，分別用在垂直方向上的排數(shù)并不相等，分別用n1，n2，nZ表示，表示， 則平均管排數(shù)為：則平均管排數(shù)為： 2021-6-21 1 23 4 1.13 SW gr L TT 1800Re b)蒸汽在垂直管外或平板上的膜狀冷凝蒸汽在垂直管外或平板上的膜狀冷凝 液膜為液膜為層流層流（ ）時(shí)，）時(shí)， 液膜為液膜為湍流湍流（Re1800）時(shí)，）時(shí)， 4 . 031 2 32 Re(0077. 0） g 2021-6-21 特征尺寸：特征尺寸： L取垂直管或板的高度。取垂直管或板的高度。 定性溫度：定

23、性溫度： 冷凝潛熱冷凝潛熱r取其飽和溫度取其飽和溫度Ts下的值，取下的值，取壁面溫壁面溫 度與飽和蒸汽溫度的算術(shù)平均值度與飽和蒸汽溫度的算術(shù)平均值， 冷凝液沿壁面流動(dòng)的橫截面積為冷凝液沿壁面流動(dòng)的橫截面積為S，則流動(dòng)當(dāng)量直徑為，則流動(dòng)當(dāng)量直徑為 壁面的潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度，壁面的潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)度，m，垂直管，垂直管， =d0， 垂直板，垂直板，為板的寬度。為板的寬度。 2 SW TT即 4 e S d 2021-6-21 冷凝液的液膜沿壁面流動(dòng)的冷凝液的液膜沿壁面流動(dòng)的Re表達(dá)式為表達(dá)式為 4 Re e d ul T r 2021-6-21 3）影響冷凝傳熱的因素）影響冷凝傳熱的因素 b) 蒸汽的流速和流

24、向蒸汽的流速和流向 蒸汽和液膜蒸汽和液膜同向流動(dòng)，加速冷凝液流動(dòng)，厚度減薄，使同向流動(dòng)，加速冷凝液流動(dòng)，厚度減薄，使增大增大 蒸汽和液膜蒸汽和液膜逆向流動(dòng)，冷凝液的流動(dòng)受到阻滯而變厚，逆向流動(dòng)，冷凝液的流動(dòng)受到阻滯而變厚，減小。減小。 如果蒸汽流速很大，如果蒸汽流速很大，無(wú)論向上還是向下，無(wú)論向上還是向下， 液膜被蒸汽吹離液膜被蒸汽吹離 壁面，壁面，急劇增大。急劇增大。 a) 蒸汽中不凝氣體含量的影響蒸汽中不凝氣體含量的影響 蒸汽中含有空氣或其它不凝性氣體，蒸汽中含有空氣或其它不凝性氣體，液膜表面可能形成液膜表面可能形成 一層氣膜，其熱導(dǎo)率很小，增大熱阻，一層氣膜，其熱導(dǎo)率很小，增大熱阻，使使

25、急劇下降。急劇下降。應(yīng)在應(yīng)在 蒸汽側(cè)上方設(shè)排氣閥，定期排放不凝性氣體。蒸汽側(cè)上方設(shè)排氣閥，定期排放不凝性氣體。 2021-6-21 當(dāng)液膜呈層流流動(dòng)時(shí)，液膜兩側(cè)溫度差加大，則蒸汽冷凝當(dāng)液膜呈層流流動(dòng)時(shí)，液膜兩側(cè)溫度差加大，則蒸汽冷凝 速率增加，相應(yīng)的液膜厚度增厚，冷凝傳熱系數(shù)降低。速率增加，相應(yīng)的液膜厚度增厚，冷凝傳熱系數(shù)降低。 用蒸汽加熱時(shí)，蒸汽的溫度應(yīng)適當(dāng)。用蒸汽加熱時(shí)，蒸汽的溫度應(yīng)適當(dāng)。 c)液膜兩側(cè)溫度差的影響液膜兩側(cè)溫度差的影響 d)冷凝水的影響冷凝水的影響 未及時(shí)排放出去的冷凝水會(huì)占據(jù)一部分傳熱面，水的對(duì)流未及時(shí)排放出去的冷凝水會(huì)占據(jù)一部分傳熱面，水的對(duì)流 傳熱系數(shù)比蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)

26、流傳熱系數(shù)低，導(dǎo)致部分傳熱面的傳熱系數(shù)比蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)低，導(dǎo)致部分傳熱面的 傳熱效率下降，應(yīng)在下部設(shè)疏水閥，及時(shí)排放冷凝水。傳熱效率下降，應(yīng)在下部設(shè)疏水閥，及時(shí)排放冷凝水。 2021-6-21 e)e)冷凝壁面的影響冷凝壁面的影響 若沿冷凝液流動(dòng)方向積存的液體增多，液膜增厚，若沿冷凝液流動(dòng)方向積存的液體增多，液膜增厚， 使傳熱系數(shù)下降。使傳熱系數(shù)下降。 例如水平布置的例如水平布置的管束，管束，冷凝液面從上面各排管子流冷凝液面從上面各排管子流 動(dòng)下面各排，使下面各排管子液膜逐漸增厚，使動(dòng)下面各排，使下面各排管子液膜逐漸增厚，使降低降低 。 冷凝面的表面情況對(duì)冷凝面的表面情況對(duì)影響也很大

27、，影響也很大，若壁面粗糙不若壁面粗糙不 平，平，使膜層加厚，增加膜層阻力，使膜層加厚，增加膜層阻力，下降。下降。 2021-6-21 2、液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)、液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 液體沸騰液體沸騰 大容器沸騰：大容器沸騰： 管內(nèi)沸騰：管內(nèi)沸騰： 1）沸騰曲線(xiàn)）沸騰曲線(xiàn) 當(dāng)當(dāng)溫度差較小溫度差較小時(shí)，液體內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，液體內(nèi)部產(chǎn)生自然對(duì)流，自然對(duì)流，較小，且較小，且 隨溫度升高較慢。隨溫度升高較慢。 當(dāng)當(dāng)t逐漸升高，逐漸升高，在加熱表面的局部位置產(chǎn)生氣泡，該局在加熱表面的局部位置產(chǎn)生氣泡，該局 部位置稱(chēng)為部位置稱(chēng)為汽化核心。汽化核心。氣泡產(chǎn)生的速度隨氣泡產(chǎn)生的速度隨t上升而增加，上升而增加， 急劇增大。急劇增大。稱(chēng)為稱(chēng)為泡狀沸騰或核狀沸騰。泡狀沸騰或核狀沸騰。 液體在管內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中被加熱沸騰。液體在管內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中被加熱沸騰。 將加熱面浸入大容器的液體中，液體被將加熱面浸入大容器的液體中，液體被 壁面加熱而引起無(wú)強(qiáng)制對(duì)流的沸騰現(xiàn)象。壁面加熱而引起無(wú)強(qiáng)制對(duì)流的沸騰現(xiàn)象。 2021-6-21 2021-6-21 當(dāng)當(dāng)t再增大，再增大，加熱面的汽化核心數(shù)進(jìn)一步增多，且氣泡加熱面的汽化核心數(shù)進(jìn)一步增多，且氣泡 產(chǎn)生的速度大于它