化工原理指导书(章节知识梳理)

流体的平均温度代替湍流主体温度进行计算。

(2)?称为对流给热系数,它不仅与流体的物理性质有关,还与流体的流动情况、传热面的形状、结构等有关。按照虚拟膜理论,??虚拟膜层越薄,则?越大。

四、无因次法分析在对流给热中的应用

(一)无相变化时,对流给热系数的准数关联式确定 1.自然对流:

由于系统内部存在着温度差,使得各部分流体密度不同而引起流体内部的

?流体湍动程度越大,?t流动。引起流动的原因是单位体积流体的上升力?w??tg,因此自然对流可用下列函数关系式表示:f(?,?,?,?,Cp,l, ?w??tg)=0 经分析可得:

Nu=f(Pr,Gr)

?l ?Gr—格拉斯霍夫准数,反映由于温度差而引起的自然对流强度 2.强制对流:

Nu-努塞尔特准数,包含待定的对流给系数Nu=

强制对流可用下列函数关系式表示:f(?,?,?,?,Cp,l,u)=0

Nu=f(Pr,Re)

Pr—普兰特准数,反映与传热有关的流体性质。 (二)定性温度、特征尺寸:

(1)定性温度:在确定流体的物理性质时,一般按流体的进、出口平均温度。 (2)特征尺寸l:对传热影响较大的换热器的尺寸,根据具体情况而定。如管内强制对流给热时,圆管的特征尺寸取管径d;如为非圆形管道取当量直径。对大空间自然对流,取加热(或冷却)表面垂直高度为特征尺寸。 五、无相变化时,对流给热系数的确定 (一)、强制对流——Nu=f(Pr,Re) 1. 管内的强制对流 (1)圆形直管内的强制对流 A、层流流动时:Re﹤2300,

如果Gr﹤25000,自然对流的影响较小,Nu=1.86(Re*Pr*

d1/3 ?)()0.14 l?w33

如果Gr﹥25000,自然对流的影响较大,需考虑其影响,先按上式计算,然后乘以校正系数f=0.8(1+0.015 Gr1/3)。 B、湍流流动时,Re﹥10000,Nu=0.023 Re0.8 Prn

?du?0.8Cp?n或??0.023()()

d??式中n—当流体被加热时取0.4,当流体被冷却时取0.3。

应用范围:

Re?104, 0.7

l?50 d特征尺寸l:取管子内径d

特性温度:取流体进出口温度算术平均值

C、过渡态流动时:2300﹤Re﹤10000,先按湍流计算对流给热系数,然后再乘以

6?105校正系数f=1- 1.8Re(2)圆形弯管:先按直管计算流体的对流给热系数?,然后再乘于大于1的校正

d系数,即?'= ?(1+1.77)

Rd — 管内径,R—弯管的曲率半径

(3)非圆形管道:对非圆形管道仍可按上述各类关联式计算,但需将各式中的特征尺寸d改用当量直径。 2.管外强制对流:

(1)流体强制对流垂直流过管束的对流给热系数:Nu=CεRenPr0.4

由于各排管的对流给热系数不同,故管束的平均对流给热系数可按下式计算。???1A1??2A2??3A3?......A1?A2?A3?......

?i—各列算出的对流给热系数

A — 各列传热管的外表面积

(2)列管式换热器管外平均强制对流给热系数的确定

a、管外装割去25%(直径)的圆缺形折流挡板时,按下式计算:

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Nu=0.36Re0.55Pr1/3(

?)0.14 ?w

b.管外没有折流挡板;按非圆形管道处理,直径取当量直径。 注意:

本节公式较多,大家重点掌握圆形直管内强制湍流的对流给热系数的计算,对其他公式不要死记硬背,力求弄清意义,会正确运用即可。 (二)自然对流—大容积自然对流

Nu=f(Pr,Gr) Nu=C(Pr*Gr)n

C、n的确定主要由(Pr*Gr)的大小来定。在计算Gr时,特征尺寸根据管子的放置方式不同而不同,对水平管子为管外径,垂直管子取管长。 六、有相变化时对流给热系数的确定

有相变化时对流给热系数比无相变化时要大的多。 (一)蒸汽冷凝

1. 滴状冷凝的?远大于膜状冷凝。

2. 了解膜状冷凝的计算方法,注意管子垂直放置和水平放置的差别(参见例4-17)。

3. 了解影响冷凝给热的因素和强化措施。特别注意蒸汽冷凝操作中要定期排放不凝气体,否则会大大降低对流给热系数。 (二)沸腾给热

了解影响沸腾给热现象,工业上沸腾给热应控制在核状沸腾区域。

第四节 传热计算

一、热量衡算

在定常传热过程中,过程传递的热量Q必等于热流体放出的热量(负焓变)和冷流体吸收的热量(焓变)。Q热=Q冷 二、传热速率方程及各参数的确定方法 (一)传热速率方程

Q= KA△tm =

?tm1KA

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(二)Q的意义及确定

1. Q的意义:Q表示换热器的传热能力。在设计换热器时,要求其传热能力大

于或等于生产任务Q?(热负荷)。即Q?Q?,一般取Q?Q?

2. Q?的确定:等于在单位时间内热流体放出的热量Q热或冷流体吸收的热量 Q冷。

(1) 当流体在换热过程中没有相变化,只有温度变化时:

Q热放=Wh cph(T1-T2) , Q冷吸= Wc cpc(t2-t1)

(2) 当流体在换热过程中有相变化,没有温度变化时:

Q =Wh r 或Q= Wc r

注:以上式中Wh、Wc—表示热、冷流体的质量流量,kg/s;

cph、cPc—表示热、冷流体的平均定压比热容,J/(kg·℃); T1、T2—表示热流体的进、出口温度,℃; t1、t2—表示冷流体的进、出口温度,℃; r表示比汽化焓KJ/㎏

(三)A的确定

1.在列管换热器中,两流体间的传热是通过管壁进行的,故管壁表面积可视作传热面积。

A=nπdl

式中 n—管数;

d—管径,m; l—管长,m。

管径d可根据情况选用管内径di、管外径do或平均直径dm,则对应的传热面积分别为管内表面积Ai,管外表面积AO或平均表面积Am。 2. A=

Q K?tm对于一定的传热任务,若能由传热速率方程确定传热面积,即可在选定管子规格以后,确定管子的长度或根数,并进而完成换热器的工艺设计或选型工作 (四)传热平均温度差△tm的确定

间壁两侧流体传热平均温度差的计算,必须考虑两流体的温度沿传热面的变化情况以及流体相互间的流向.流向可分为逆流、并流、错流和折流四类。

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