（中職）化工單元過(guò)程及操作第三節(jié) 對(duì)流傳熱教學(xué)課件

（中職）化工單元過(guò)程及操作第三節(jié)對(duì)流傳熱ppt教材課件匯總完整版電子教案3.3對(duì)流傳熱主要內(nèi)容：1.對(duì)流傳熱分析2.熱對(duì)流基本概念常見類型速率方程傳熱系數(shù)α3.對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式一、對(duì)流傳熱分析當(dāng)流體沿壁面作湍流流動(dòng)時(shí)，在靠近壁面處總有一滯流內(nèi)層存在。在滯流內(nèi)層和湍流主體之間有一過(guò)渡層。（錄象）在湍流主體內(nèi)，由于流體質(zhì)點(diǎn)湍動(dòng)劇烈，所以在傳熱方向上，流體的溫度差極小，各處的溫度基本相同，熱量傳遞主要依靠對(duì)流進(jìn)行，傳導(dǎo)所起作用很小。在過(guò)渡層內(nèi)，流體的溫度發(fā)生緩慢變化，傳導(dǎo)和對(duì)流同時(shí)起作用。1、滯流內(nèi)層：流體呈滯流流動(dòng)，沿壁面法向沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)和混合，即沒(méi)有對(duì)流傳熱，傳熱方式僅是熱傳導(dǎo)。因?yàn)橐后w導(dǎo)熱系數(shù)小，因此熱阻較大，溫度梯度大。2、緩沖層：流體流動(dòng)介于滯流和湍流之間，熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱同時(shí)起作用，熱阻較小。3、湍流主體：質(zhì)點(diǎn)劇烈運(yùn)動(dòng)，完全混合，溫度基本均勻，無(wú)溫度梯度。因此，對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在滯流內(nèi)層，減薄其厚度是強(qiáng)化傳熱過(guò)程的關(guān)鍵。在滯流內(nèi)層中，流體僅沿壁面平行流動(dòng)，在傳熱方向上沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)位移，所以熱量傳遞主要依靠傳導(dǎo)進(jìn)行，由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，使滯流內(nèi)層中的導(dǎo)熱熱阻很大，因此在該層內(nèi)流體溫度差較大。由以上分析可知，在對(duì)流傳熱（或稱給熱）時(shí)，熱阻主要集中在滯流內(nèi)層，因此，減薄滯流內(nèi)層的厚度或破壞滯流內(nèi)層是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的重要途徑。二、熱對(duì)流基本概念1、對(duì)流傳熱的類型（4種）（1）流體強(qiáng)制對(duì)流傳熱----由于外界機(jī)械能的輸入，如在泵、風(fēng)機(jī)或攪拌器的作用下，流體被迫流過(guò)固體壁面時(shí)的給熱。（2）流體自然對(duì)流傳熱----當(dāng)靜止流體與不同溫度的固體壁面接觸，在流體內(nèi)部產(chǎn)生溫度差異。流體內(nèi)部溫度不同必然導(dǎo)致流體密度不同。密度大的往下沉，密度小的朝上浮。于是，在流體內(nèi)部發(fā)生了流動(dòng)。這種流動(dòng)稱為流體自然對(duì)流。（3）蒸汽冷凝給熱——蒸汽遇到溫度低于其飽和溫度的冷固體壁面時(shí)，蒸汽放熱并凝結(jié)成液體，凝液在重力作用下沿壁面流下。（4）液體沸騰給熱——液體從固體壁面取得熱量而沸騰，在液體內(nèi)部產(chǎn)生汽泡，汽泡在上浮時(shí)因繼續(xù)發(fā)生液體汽化而長(zhǎng)大。上述第1、2類型為流體無(wú)相變的給熱，3、4類型為流體有相變的給熱。2、對(duì)流傳熱速率（1）牛頓冷卻定律α——平均對(duì)流傳熱系數(shù)，w/(m2℃)S——總傳熱面積，m2；△t——流體與壁面（或反之）間溫度差的平均值，℃；1/(αS

）——對(duì)流傳熱熱阻。（2）對(duì)流傳熱系數(shù)定義式：物理意義：對(duì)流傳熱系數(shù)是表示在單位溫差下，單位傳熱面積的對(duì)流傳熱速率；其值反映了對(duì)流傳熱的效果。α↑，對(duì)流傳熱越快。代價(jià)：動(dòng)力消耗↑。（3）影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素

②流體流動(dòng)原因強(qiáng)制對(duì)流：外部機(jī)械作功，一般流速較大，α也較大。自然對(duì)流：由流體密度差造成的循環(huán)過(guò)程,

一般流速較小，α也較小。①流體流動(dòng)狀態(tài)③流體的物理性質(zhì)

④流體的種類和相變化情況α氣體<α液體α有相變>α無(wú)相變⑤傳熱面的形狀、位置和大小壁面的形狀，尺寸，位置、管排列方式等，造成邊界層分離，增加湍動(dòng)，使α增大。幾種常用的準(zhǔn)數(shù)名稱準(zhǔn)數(shù)名稱符號(hào)準(zhǔn)數(shù)式意義努塞爾特準(zhǔn)數(shù)（給熱準(zhǔn)數(shù)）Nu表示對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)（流型準(zhǔn)數(shù)）Re確定流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)（物性準(zhǔn)數(shù)）Pr表示物性影響的準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)（升力準(zhǔn)數(shù)）Gr表示自然對(duì)流影響的準(zhǔn)數(shù)3、對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式4、流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流且無(wú)相變，其粘度小于2倍常溫水的粘度的流體，可用下式求取給熱系數(shù)。Nu=0.023Re0.8Prn式中n值隨熱流方向而異，當(dāng)流體被加熱時(shí)，n＝0.4；當(dāng)流體被冷卻時(shí)，n＝0.3。

應(yīng)用范圍：Re>10000，0.7<Pr<120，

L/di≥60。

若L/di<60，需將上式算得的α乘以[1+(di/L)0.7]加以修正。

特征尺寸：Nu、Pr準(zhǔn)數(shù)中的l取為管內(nèi)徑di。

定性溫度：取為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。注意：提高對(duì)流傳熱系數(shù)，減小對(duì)流傳熱熱阻，是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的關(guān)鍵。

在流體溫度一定的情況下，流體的物性均為定值，此時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)式可以寫成α與流體的流速u0.8成正比，與管子的管徑d0.2成反比。即增大流速和減小管徑都能增大對(duì)流傳熱系數(shù)，但以增大流速更為有效。這一規(guī)律對(duì)流體無(wú)相變時(shí)的其它情況也基本適用。此外，不斷改變流體的流動(dòng)方向，也能使α得到提高。有相變傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰有相變對(duì)流傳熱的特點(diǎn)①相變過(guò)程中產(chǎn)生大量相變熱（潛熱）；例：水5.有相變化的對(duì)流傳熱②相變過(guò)程有其特殊傳熱規(guī)律，傳熱更為復(fù)雜；③分為蒸汽冷凝與液體沸騰兩種情況。一.蒸汽冷凝飽和蒸汽ts和冷壁面tw接觸（ts>tw）蒸汽放出潛熱→在壁面凝成液體→膜狀液體和滴狀液體1、膜狀冷凝（可潤(rùn)濕）壁面形成液膜，蒸汽只能在液膜表面冷凝，與直接接觸壁相比，附加了液膜的熱阻.因λ液小，所以R液大，所以Q變小.δ越厚，傳熱效果越差。

2、滴狀冷凝（不潤(rùn)濕）

表面張力F→液滴→長(zhǎng)大降落帶走下方液滴，壁面重新覆蓋。蒸汽與大部分壁面接觸，無(wú)附加熱阻。

工業(yè)上遇到的大多是膜狀冷凝，因此冷凝器的設(shè)計(jì)總是按膜狀冷凝來(lái)處理膜狀冷凝滴狀冷凝(4)影響冷凝傳熱的因素

冷凝液膜兩側(cè)的溫度差：

流體物性的影響：

不凝性氣體的影響：形成氣膜，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅度下降。

蒸氣過(guò)熱的影響：過(guò)熱蒸汽，若壁溫高于飽和溫度，傳熱過(guò)程與無(wú)相變對(duì)流傳熱相同；若壁溫低于飽和溫度，按飽和蒸汽冷凝處理。

蒸氣流速的影響：流速不大時(shí)，影響可忽略；流速較大時(shí)，且與液膜同向，α增大；流速較大時(shí)，且與液膜反向，α減小。二、液體的沸騰傳熱在液體的對(duì)流傳熱過(guò)程之中，伴有由液相變?yōu)闅庀?，即在液相?nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過(guò)程，稱為液體沸騰（又稱沸騰傳熱）。工業(yè)上液體沸騰的方法有兩種：一種是將加熱壁面浸沒(méi)在無(wú)強(qiáng)制對(duì)流的液體中，液體受熱沸騰，稱為大容積沸騰；另一種是液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰，稱為管內(nèi)沸騰。

沸騰:沸騰時(shí)，液體內(nèi)部有氣泡產(chǎn)生，氣泡產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)α影響極大。沸騰分類：

①按設(shè)備尺寸和形狀不同

池式沸騰（大容積飽和沸騰）；強(qiáng)制對(duì)流沸騰（有復(fù)雜的兩相流）。

②按液體主體溫度不同

過(guò)冷沸騰：液體主體溫度t<ts，氣泡進(jìn)入液體主體后冷凝。

飽和沸騰：t≥ts，

氣泡進(jìn)入液體主體后不會(huì)冷凝。液體主體

t液體主體

t≥ts

液體主體

t<ts沸騰過(guò)程：過(guò)熱度↑，汽化核心數(shù)↑，氣泡產(chǎn)生和長(zhǎng)大的速度↑，使沸騰加劇，沸騰傳熱膜系數(shù)↑。說(shuō)明：由于氣泡產(chǎn)生，使液體擾動(dòng)↑因此：實(shí)驗(yàn)條件:

大容積、飽和沸騰。

2)大容積飽和沸騰曲線曲線獲得：0.11.010102103hABCDEF自然對(duì)流核狀沸騰膜狀沸騰穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定膜狀沸騰溫度差和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)系Δt=(tw-ts)/℃AB段：無(wú)相變自然對(duì)流，無(wú)汽泡產(chǎn)生，α

緩慢增加

BC段：核狀沸騰

一方面，臨界值：Δt、q、Q

另一方面，汽膜覆蓋↑，又使α

↓；當(dāng)兩者作用相抵消，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)—臨界點(diǎn)（C點(diǎn)）。

沸騰曲線意義:CD段：核狀、膜狀共存，膜覆蓋為主，Δt↑，α↓；

DEF段：穩(wěn)定膜狀沸騰，全部膜覆蓋，