清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱

《化工原理》

（上）主講人：戴猷元2003.2清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!目錄

緒論章流體流動第二章流體輸送機(jī)械第三章流體流過顆粒和顆粒層的流動第四章非均相物系的分離第五章傳熱第六章蒸發(fā)

總結(jié)清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!第五章傳熱節(jié)概述第二節(jié)熱傳導(dǎo)第三節(jié)對流傳熱第四節(jié)兩流體間的傳熱第五節(jié)對流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式第六節(jié)熱輻射第七節(jié)換熱器清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!第五節(jié)對流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式一、影響傳熱膜系數(shù)的因素1、流體流動狀態(tài)層流：忽略自然對流時(shí)，層流底層＝r湍流：主要熱阻在層流層，Re，邊界層減薄，（注意管件、內(nèi)構(gòu)件影響，Re＝2000？）清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!3、物性：都是t的函數(shù)4、傳熱面形狀，大小，位置。（特征尺寸）5、有無相變化清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!三、流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流的1、圓形直管內(nèi)，強(qiáng)制湍流1)低粘度流體（<2倍常溫水粘度）

清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!2)高粘度流體（溫差過大）清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!1)忽略自然對流影響清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!(4)l/d>50乘以校正系數(shù)40302015101.021.051.131.181.28(5)垂直管流動方向與自然對流方向一致，+15%流動方向與自然對流方向相反，-15%清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!5、非圓形管清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!2)管束Re>3000do，u取最狹處：定性溫度排數(shù)不為10，乘以校正系數(shù)。清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!3、含Gr，使用膜溫4、的大小a)湍>層

短>長b)換熱器c)加強(qiáng)湍動程度清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!六、蒸汽冷凝的1、冷凝過程機(jī)理加熱介質(zhì)－飽和蒸汽壁面低于飽和蒸汽溫度汽相溫度唯一。無汽相熱阻（忽略氣流補(bǔ)充的壓降）冷凝放出的潛熱必須通過液膜傳向壁面給熱的熱阻主要來自于壁面上的液膜清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!可以導(dǎo)出：定性尺寸：L定性溫度：膜溫：r：飽和溫度下的冷凝潛熱清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：滯流下，蒸汽與液膜間磨擦3）流型判斷滯流：Re<2100；湍流：Re>2100Re壁下端Re值

涉及冷凝負(fù)荷清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!4）無因次α*對于滯流：對于湍流：清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!（2）管束清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!（3）不冷凝氣：在蒸汽與液膜之間形成氣膜。汽中含1％不凝氣，50％。（4）不光滑壁，冷凝液阻力大，膜厚（5）強(qiáng)化：直管溝槽

金屬絲（張力作用）18％復(fù)蓋面積時(shí)最大。水平管：（傾斜）膜、滴交錯(cuò)清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!1、沸騰現(xiàn)象：特征：有氣泡產(chǎn)生；由加熱表面首先生成；必要條件過熱加熱表面過熱度最大，縫隙依托表面不平整汽化核心，t殘留氣體過熱生成長大上浮補(bǔ)充－過熱清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!膜狀沸騰汽泡連串成膜，汽膜小，出現(xiàn)，當(dāng)Δt，壁溫升高，輻射影響，不變，q。

一般維持在略低于操作，水:Δt＝25℃清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!3、計(jì)算公式：多為經(jīng)驗(yàn)式水平單管：壁面過熱度Z：與操作壓強(qiáng)p、臨界壓強(qiáng)pc有關(guān)的參數(shù)清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!2、基本方程式清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!

4、基本思路：a）首先明確生產(chǎn)目的，加熱，冷卻b）兩者的一致性確定所求的量。清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!

5-54.套管換熱器，氣體T1＝90℃，T2＝50℃；水t1＝15℃t2＝30℃求（1）t’1＝10℃時(shí)，措施；（2）若WS120％，t1=15℃，措施。生產(chǎn)任務(wù)：冷卻

(1)原工況:

新工況：t1,t’1＝10℃，生產(chǎn)狀況不變Q不變

清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!

原工況：

新工況：由清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!

5-58列管式冷凝器（1）WS250％（加熱）原工況：忽略壁阻：清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!

若用

(b)飽和壓力0.3MPa，T由120℃升至133℃，K’’與(a)中K’相同清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!串聯(lián)：級出口(第二級入口)t2*=77.80C假設(shè)K’=K”=K

阻力加倍。(2)清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!2、引起流動的原因自然對流時(shí)，近壁面處溫度t>主流t1膨脹公式：體積膨脹系數(shù)。強(qiáng)制對流與Re有關(guān)。清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!二、對流傳熱中的因次分析法按確定的幾何形狀討論經(jīng)因次分析可以得到NusseltReynoldsPrandtGrashof(對流傳熱)(流動)(物性)(自然對流)清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!1、應(yīng)用范圍：Re，Pr2、定性尺寸：3、定性溫度：物性值清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!流體被加熱n＝0.4，流體被冷卻n＝0.3，熱流方向的影響，主要影響邊界層厚度（值變化）定性尺寸di

定性溫度管壁溫度與流體平均溫度相差不大（與有關(guān)，水不超過20～30℃，油不超過10℃）邊界層形成（形體阻力）短>長清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!2、圓形直管內(nèi)，強(qiáng)制滯流1)速度分布不同復(fù)雜性2)存在自然對流影響3)入口段較大100d（Re＝2000）清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!2)清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!3、圓形直管過渡流Re＝2300～10000之間，用湍流公式乘以4、彎曲圓管內(nèi)：由于離心力的作用，加速湍動產(chǎn)生二次環(huán)流清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!四、流體在管外強(qiáng)制對流的1、管外流體平行流過：de的計(jì)算。2、管外流體垂直流過1)單管邊界層增厚邊界層脫離Re小時(shí)，層流邊界層（低點(diǎn)）脫離Re大時(shí)，層流邊界層（低點(diǎn)）湍流邊界層境厚脫離清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!3)換熱器管間流動流速，流向不斷變化，Re>100湍流擋板形式，（圓缺擋板）出現(xiàn)旁流，不能達(dá)到垂直流動若圓缺擋板，截去25％。清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!小結(jié)：1、對流傳熱與流動、物性有關(guān)（溫差）Re由此：熱流方向溫差物性w

2、必須注意經(jīng)驗(yàn)公式的使用條件L，t，Re，Pr清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!五、流體作自然對流的

定性溫度：膜溫，tw與(t1+t2)/2的平均值定性尺寸水平管do，垂直管L查表!清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!

液體浸潤壁面－膜狀冷凝不浸潤－滴狀冷凝，α比前者大幾至十幾倍膜狀冷凝：膜厚不同，α不同。L足夠大時(shí)，湍流若液膜滯流熱傳導(dǎo)為主。清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!2、垂直壁面的膜狀冷凝1）理論分析物性＝const假設(shè)蒸汽存在對液膜無磨擦阻力滯流清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!若傳熱量一定，r，冷凝量，膜厚，αρ，單位體積受力，流動快，膜厚，αλ（通過膜導(dǎo)熱）αμ膜厚，αΔt傳熱推動力，冷凝液，膜厚，α傾斜直壁：與水平夾角為，清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!冷凝負(fù)荷M：單位浸潤周邊上的冷凝液質(zhì)量流量清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!3、水平管壁蒸汽冷凝（1）單管水平管可以看成不同角度傾斜壁面，進(jìn)行積分清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!4、幾點(diǎn)討論：

對于過熱蒸汽，一般可以按飽和蒸汽蒸汽流向:向下流，α向上流，α向上流速，α清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!七、液體沸騰時(shí)的：鍋爐、蒸發(fā)器、再沸器溫差容積沸騰：加熱面浸于液體中自然對流汽泡運(yùn)動管內(nèi)沸騰：一定流速流動，加熱管清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!自然對流區(qū)Δt<5℃，液體內(nèi)產(chǎn)生自然對流，沒有汽泡從液體逸出液面，僅在液體表面蒸發(fā)核狀沸騰Δt，汽化核心增加，長大速率，攪動清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!2、討論

粗糙新管，清潔表面；光滑管

操作p，提高飽和溫度，、有利于氣泡生成，脫離

物性，，；、，

核狀沸騰

清華大學(xué)化工原理05第五章傳熱共61頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!傳熱過程計(jì)算1、計(jì)算類型設(shè)計(jì)型：WS1，T1，T2，WS2，t1，確定S及有關(guān)尺寸。操作型：（1）尺寸，物性，WS1，WS2，t1，T1，求t2，T2（2）尺寸，物性WS1，T1，T2，t1，流動方式