,化 工 原 理,
（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第五章 传 热第一节 概述第二节 热传导第三节 对流传热第四节 两流体间的传热第五节 对流传热系数的关联式第六节 热辐射第七节 换热器第五节 对流传热系数的关联式一,影响传热膜系数的因素
1,流体流动状态层流：忽略自然对流时,层流底层＝ r
湍流：主要热阻在层流层,Re?,边界层减薄,
（ 注意管件,内构件影响,Re＝
2000？ ）层湍
2,引起流动的原因自然对流时,近壁面处温度 t >主流 t1
膨胀公式：
体积膨胀系数 。 强制对流与 Re有关 。
11
1
11 1 t t t t g g t
，，
3,物性,都是 t的函数
4,传热面形状,大小,位置 。 （ 特征尺寸 ）
5,有无相变化
,,,,pc
二,对流传热中的因次分析法按确定的几何形状讨论经因次分析可以得到
Nusselt Reynolds Prandt Grashof
(对流传热 ) (流动 ) (物性 ) (自然对流 )
,,,,,,,pf c t u L
32
2
,,p
clu g t
f
R e,P r
P r,
R e,P r,
N u f
N u f Gr
N u f Gr
强制对流：
自然对流：
滞流：
1,应用范围,Re,Pr
2,定性尺寸：
3,定性温度,物性值
12
12
( 1 ) ( ) / 2
( ) / 2
( 2 )
2
w
tt
t t t
膜温，壁面－主体三,流体在管内强制对流的?
1,圆形直管内,强制湍流
1) 低粘度流体 （ <2倍常温水粘度 ）
Re mnN u C Pr?
0,80,0 2 3 R e nidN u R r?
/ 6 0 R e 1 0 0 0 0 P r 0,7 ~ 1 2 0d，
流体被加热 n＝ 0.4,流体被冷却 n＝ 0.3，
热流方向的影响,主要影响边界层厚度
（?值变化 ）
定性尺寸 di?定性温度
管壁温度与流体平均温度相差不大 （ 与?
有关,水不超过 20～ 30℃,油不超过 10℃ ）
边界层形成 （ 形体阻力 ）?短 >?长
12( ) / 2t t t
0,7/ 6 0 ( 1 ( / ) )
/ 3 0 ~ 4 0,1,0 7 1,0 2
dd
d
当,校正项 。
例如,校正项 ～
2)高粘度流体 （ 温差过大 ）
0,8 0,33 0,14
12
0,02 7 Re P r ( / )
( 1 ) / 60 Re 10 00 0 P r 0,7 ~ 16 70 0
( 2)
( 3 ) ( ) / 2
w
i
w
Nu
d
d
tt
，，
定性尺寸定性温度,壁温下的粘度
2,圆形直管内,强制滞流
1) 速度分布不同复杂性 2) 存在自然对流影响
3) 入口段较大 100d
（ Re＝ 2000）
1)忽略自然对流影响
2 3 2
1 / 3 1 / 3 1 / 3 0,14
12
/ 2 5 0 0 0
1,8 6 Re Pr ( / ) ( / )
Re 2 3 0 0,0,6 Pr 6 7 0 0 Re Pr 1 0
( ) ( ) / 2
w
w
G r g t
Nu d
d
t t t
短管 壁温下粘度。
2)
0,1
0,2 0,2
1 / 3
12
0,74 Re P r P r
0,8 1 0,01 5
( 1 ) Re 23 00,/ 50
( 2)
( 3 ) ( ) / 2,( ) / 2
i
w
Nu G r
f G r
d
d
t t t t t
或水平管特征尺寸膜温
25000Gr?
(4) l/d>50乘以校正系数
40 30 20 15 10
1.02 1.05 1.13 1.18 1.28
(5) 垂直管流动方向与自然对流方向一致,?+15%
流动方向与自然对流方向相反,?-15%
3,圆形直管过渡流
Re＝ 2300～ 10000之间,用湍流公式乘以?
4,弯曲圆管内：由于离心力的作用,加速湍动产生二次环流
5
1,8
6 1 0
11
Re
' 1 1,7 7
d
R
,为圆形直管中的
5,非圆形管
0,5 3 0,8 1 / 3
12
12
4
0,0 2 ( / ) Re Pr ( )
Re 1 2 0 0 0 ~ 2 2 0 0 0 0
/ 1,6 5 ~ 1,7
e
e
e
d
d
Nu d d
d d d
流动截面积/ 浸润周边套管环隙：
空气－水定性尺寸为四,流体在管外强制对流的?
1,管外流体平行流过,de的计算 。
2,管外流体垂直流过
1)单管边界层增厚边界层脱离
Re小时,层流边界层?（ 低点 ） 脱离
Re大时,层流边界层?（ 低点 ） 湍流边界层境厚脱离?
2) 管束
Re>3000
do,u取最狭处：
定性温度排数不为 10,乘以校正系数 。
0,4 0,6 0,3 3
0,6 0,3 3
R e P r 0,2 6 R e P r
0,3 3 R e P r
nN u N u
Nu
直列：
错列：
1
2
o
o
xd
td
12( ) / 2tt?
3) 换热器管间流动流速,流向不断变化,Re>100湍流挡板形式,（ 圆缺挡板 ）
出现旁流,不能达到垂直流动若圆缺挡板,截去 25％ 。
0,6 1 / 3 0,14
4
12
22
22
( ) 0,2 3 Re Pr ( / )
Re 3 ~ 2 1 0 ( ) / 2
,4 /
4
3
,4 /
24
w
o
o
e o o
e o o o
A
d
tt
d
d t d d t
d t d d d
，
流速，最狭小处通道流速
，：相邻两管中心距离
,：外径
1/
,1.05 0.95 1
o
A hD d t
hD
冷却速度计算：
：挡板间距,：外壳内径加热 气体
0.55 1 / 3 0.14
36
12
( ) 0.36 R e P r ( )
R e 2 10 ~ 1 10
( ) / 2
ew
e
B
d
d t t
小结：
1,对流传热与流动,物性有关 （ 温差 ）
Re
由此,热流方向 温差?物性
w
2,必须注意经验公式的使用条件
L,t,Re,Pr
3,含 Gr,使用膜温
4,?的大小
a)?湍 >?层?短 >?长
b)换热器
c)加强湍动程度
0,8 0,5 5
0,2 0,4 5
e
uu
dd
管内,管外 2 5 %
五,流体作自然对流的?
定性温度：膜温,tw与 (t1+t2)/2的平均值定性尺寸 水平管 do,垂直管 L 查表 !
( P r ) nN u c G r?
六,蒸汽冷凝的?
1,冷凝过程机理加热介质－饱和蒸汽壁面?低于饱和蒸汽温度?汽相温度唯一 。
无汽相热阻 （ 忽略气流补充的压降 ）
冷凝放出的潜热必须通过液膜传向壁面给热的热阻主要来自于壁面上的液膜液体浸润壁面－膜状冷凝不浸润－滴状冷凝,α比前者大几至十几倍膜状冷凝：
膜厚不同,α不同 。
L足够大时,湍流若液膜滞流?热传导为主 。
1
x
x
xx
x
LL
x
OO
x
d Q d S t
tx
d Q d S t
dx
dx
LL
平均
：液膜两侧温差,：离顶部 处膜厚
2,垂直壁面的膜状冷凝
1） 理论分析物性＝ const
假设 蒸汽存在对液膜无磨擦阻力滞流可以导出：
定性尺寸,L
定性温度：膜温：
r：饱和温度下的冷凝潜热
1
23 40,9 4 3 / ( )r g L t 平均值
12 w S st t t?,饱和温度
若传热量一定,r?,冷凝量?,膜厚?,α?
ρ?,单位体积受力?,流动快,膜厚?,α?
λ?（ 通过膜导热 ） α?
μ? 膜厚?,α?
Δt?传热推动力?,冷凝液?,膜厚?,α?
倾斜直壁：与水平夹角为,singg
2） 实验结果：滞流下,蒸汽与液膜间磨擦
3） 流型判断滞流,Re<2100； 湍流,Re>2100
Re?壁下端 Re值
涉及冷凝负荷
1 / 423
1,1 3
rg
Lt
冷凝负荷 M：单位浸润周边上的冷凝液质量流量
4
4
( / ) R e e
sw
duwM bs
M k g m s
b
4） 无因次 α*
对于滞流：
对于湍流：
1 / 32
23
Q W r M rt
A b L L g
令 无因次
1 / 3
0,4
1,88 Re
0,00 77 Re
3,水平管壁蒸汽冷凝
（ 1） 单管 水平管可以看成不同角度倾斜壁面,进行积分
1 / 4
23
0
0.25
0,7 2 5
()
0,6 4
o
o
rg
dt
d
L
d
水平垂直当 很小时，可以看成滞流与垂直管相比：
（ 2） 管束
1 / 4
23
2 / 3
4
12
0.75 0.75 0.75
12
0.725
o
z
m
z
rg
n d t
n n n
n
n n n
，
n垂直列上的管数
，
垂直管数不同时取平均值
4,几点讨论：
对于过热蒸汽,一般可以按饱和蒸汽
蒸汽流向,向下流,α?
向上流,α?
向上流速,α
()p S v S
Sw
r r C t t
t t t
仍为
（ 3） 不冷凝气：在蒸汽与液膜之间形成气膜 。 汽中含 1％ 不凝气,50％ 。
（ 4） 不光滑壁,冷凝液阻力大,膜厚
（ 5） 强化：
直管?沟槽
金属丝 （ 张力作用 ） 18％ 复盖面积时?最大 。
水平管,（ 倾斜 ）
膜,滴交错七,液体沸腾时的?：
锅炉,蒸发器,再沸器温差容积沸腾：加热面浸于液体中 自然对流汽泡运动管内沸腾：一定流速流动,加热管
1,沸腾现象：
特征：有气泡产生；由加热表面首先生成；
必要条件?过热加热表面过热度最大,
缝隙依托表面不平整?汽化核心,?t?
残留气体过热?生成?长大?上浮?补充－过热
22 2 2 /
2/
b L b Lp r p r r p p p r
pr
，
汽泡生成，存在 p 由过热 t 造成
自然对流区
Δt<5℃,液体内产生自然对流,
没有汽泡从液体逸出液面,
仅在液体表面蒸发
核状沸腾
Δt?,汽化核心增加,
长大速率?,搅动
膜状沸腾汽泡连串成膜,汽膜?小,出现，
当 Δt,壁温升高,辐射影响,?
不变,q?。
一般维持在略低于操作,水,Δt＝
25℃
2,讨论
粗糙新管,清洁表面；光滑管
操作 p?,提高饱和温度,?, 有利于气泡生成,脱离
物性,,；?,,
核状沸腾 () nat
3,计算公式：多为经验式水平单管：
壁面过热度
Z：与操作压强 p,临界压强 pc有关的参数
2,3 31,16 3 ( )
wS
Zt
t t t
0.69 0.17 1.2 10 3.33
4
[ 0.10 ( ) ( 1.8 4 10 ) ]
9.81 10
c
c
p
Z R R R
p
R
p
传热过程计算
1,计算类型设计型,WS1,T1,T2,WS2,t1,确定
S及有关尺寸 。
操作型：
（ 1） 尺寸,物性,WS1,WS2,t1,T1，
求 t2,T2
（ 2） 尺寸,物性 WS1,T1,T2,t1,流动方式 求 WS2,t2
2,基本方程式
1 1 1 2 2 2 12
m
S p S p
Q K S t
Q w c T T w c t t
f?
3,计算关键：生产任务 加热,冷却?
工况改变后各量之间关系
1 2 1 2 1 2SS
P
K w w T T t t
S L d C
外内,,,,,,,,
，,物性，,,,,
4,基本思路：
a） 首先明确生产目的,加热,冷却
b）
两者的一致性?确定所求的量 。
1 1 1 2SPQ W C T T
Q K S t
需要传递的热量实际传递的热量
5,基本方法
1) 对比计算法
2) 控制热阻法：
忽略,K接近于?小 一方；
若?大 >>?小,?小 ≈K
如 汽?水 冷凝?水注意,若 K≈?i,改换基准
0,8 0,8
0,2 0,4 ~ 0,5
u
d
5-54,套管换热器，气体 T1＝ 90℃,T2＝ 50℃ ；
水 t1＝ 15℃ t2＝ 30℃
求（ 1） t’1＝ 10℃ 时，措施；
（ 2）若 WS1?20％,t1=15℃,措施。
生产任务：冷却
(1) 原工况,
新工况,t1?,t’1 ＝ 10℃,生产状况不变?Q不变
1 1 1 2 2 2 2 1m S p S pK A t w c T T w c t t
0
9 0 5 0
3 0 1 5 6 0 3 5 4 6,4
6 0 3 5 l n ( 6 0 / 3 5 )m
tC
S不变,T2,T1不变 (物性不变 )，
措施：若 K不变?工况不变,?tm不变。
（物性变化不大）
措施：
mQ K S t
22
22
9 0 5 0
9 0 4 010 4 6,4
909 0 4 0 ln
40
m
T
tt t
tt
0
2 3 6,6tC
'' 212 2 2 1 1 2 2 1 2 2 2
21
0,5 6 4S p S p S S Sttw c t t w c t t w w wtt
' 2Sw?
原工况：
新工况：
由
04 6,4mtC
1
1
1,2 ( ) 1,2S
S
w u
wu
液气气大＝
小
'
0,8( ) 1,1 5 7KuK
Ku?
气,
'1 1 2S p mw c T T K A t
'1.2,1.1 57 mQ K t倍倍 22,mSt t w
2
2
9 0 5 0
15
9 0 3 5
t
t
2
'
2
9 0 3 5
90ln
35
m
tt
t
1 1 2
1 1 2
S p m
S p m
w c T T K S t
w c T T K S t
'
1
1
1,2 1,1 5 7 4 6,4S m m
Sm
w t tK
w K t
02
2
2
9 0 3 5 4 8,1 2 2 5,8
90ln
35
m
tt t C
t
'
1 1 2 2 2 1
1 1 1 2 2 2 1
S p S p
S p S p
w c T T w c t t
w c T T w c t t
1 2 221
22
1 2 2 1 2
2 5,8 1 51,2 1,6 7
3 0 1 5
S S S
SS
S S S
w w wtt ww
w w t t w
5-58 列管式冷凝器
（ 1） WS2?50％（加热）
原工况：
忽略壁阻：
2 1 2 2
4 2 3
4 0,2 5 2,5 4 0,8 0,2 5 /
0,2,1,2 1 0 / 2,1 1 0 / 1 2 0
S
p
A m m m t C t C w T h
M P a w m K c J k g K T C
冷油饱和蒸汽压力 ＝,查
1 2 0 1 2 0
4 0 8 0 8 0 4 0 5 7,7
8 0 4 0 l n ( 8 0 / 4 0 )m
T
t tC
2 2 2 1Spw c t t K A t
32 2 2 1 225000 2,1 1 0 8 0 4 03600 2 5 2,7 4 /
4 0 5 7,7
Sp
m
w c t tK w m K
At
24
1 1 1 1 1 1 2 5 3 2 2,7
2 5 2,7 4 1,2 1 0 2 0
o
i
o i i i
d w
mKKd
0,8 2 2
'
' 0,8 2
3
2
2
1 1 1
3 2 2,7 1,5 4 4 6,4 / ' 3 4 6,8 /
1,5 3 4 9,5 8 /
1,52 5 0 0 0 2,1 1 0 4 0
3600
1,5 7 6 9 4 0
3 4 6,8 4 0
o
i
o i i
m
d
w m K K w m K
K
K K w m K
t
tt
利用
22
2
2
2
0
2
1 2 0 1 2 0
8 0 1 2 040
1,5 7 6 9 4 0
808 0 1 2 0
ln
120
7 7,5
tt
t
t
t
tC
若用
(b)饱和压力 0.3MPa,T由 120℃ 升至 133℃,
K’’与 (a)中 K’相同
' '
2 2 2 1
2 2 2 1
Sp m
S p m
w c t t tK
w c t t K t
2
02 2
2
40
80
ln
40 120
1.5 1.383 77.8
80 40 57.7
t
t t
tC
2 21,2,2 5p u p p
(c） 并联：每个换热器 0.75wS2,S加倍
"
2 2 2 1
2 2 2 1
2
02 2
2
40
93
ln
40 133
1,5 1,3 8 3 8 3,9
8 0 4 0 5 7,7
Sp m
S p m
w c t t tK
w c t t K t
t
t t
tC
求出
' 0,8
2
02 2
0,7 5 0,7 9 4
40
80
ln
40 120
0,7 5 0,7 9 4
8 0 4 0 5 7,7
K K K
t
t t
C
2 （并联）
求出t = 8 1,6
串联：第一级出口 (第二级入口 ) t2*=77.80C
假设 K’=K”=K
阻力加倍。
(2)
2 2 2 02
2
22
2
7 7,8 7 7,8 3 7,8
/ 9 7,7 44 2,2 8 0
7 7,8 4 0 l n l n
1 2 0 4 2,2
Sp
Sp
w c t t
tC
wc
t
串联
210,5 3QQ?
' 0,4 ' 0,4 '2 / 2 0,7 5 8K K K K K
022
2
2
4 0 4 00,7 5 8
7 2,6
808 0 4 0 5 7,5
ln
120
tt
tC
t
(3) 油污垢,?= 2mm? =0.2w/mK,?R总? K?
di由 20mm? 16mm,?i?,u’= (20/16)2u,di’=16di/20
比较热阻
1,8 2( 20 / 16 ) 48 2.2 /
ii w m K
1
'
1
3 2 5 5
22
22
0
2
2
11
3.24 10 1.39 10 5.56 10 8.33 10
57.87 / 252.74 /
40 4057.87
8080 40 252.74
ln
120
51.74
57.7
o o o
i i m m o
d d d
d d d
K w m K w m K
tt
t
tC
原
（上）
主讲人：戴猷元
2003.2
目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第五章 传 热第一节 概述第二节 热传导第三节 对流传热第四节 两流体间的传热第五节 对流传热系数的关联式第六节 热辐射第七节 换热器第五节 对流传热系数的关联式一,影响传热膜系数的因素
1,流体流动状态层流：忽略自然对流时,层流底层＝ r
湍流：主要热阻在层流层,Re?,边界层减薄,
（ 注意管件,内构件影响,Re＝
2000？ ）层湍
2,引起流动的原因自然对流时,近壁面处温度 t >主流 t1
膨胀公式：
体积膨胀系数 。 强制对流与 Re有关 。
11
1
11 1 t t t t g g t
，，
3,物性,都是 t的函数
4,传热面形状,大小,位置 。 （ 特征尺寸 ）
5,有无相变化
,,,,pc
二,对流传热中的因次分析法按确定的几何形状讨论经因次分析可以得到
Nusselt Reynolds Prandt Grashof
(对流传热 ) (流动 ) (物性 ) (自然对流 )
,,,,,,,pf c t u L
32
2
,,p
clu g t
f
R e,P r
P r,
R e,P r,
N u f
N u f Gr
N u f Gr
强制对流：
自然对流：
滞流：
1,应用范围,Re,Pr
2,定性尺寸：
3,定性温度,物性值
12
12
( 1 ) ( ) / 2
( ) / 2
( 2 )
2
w
tt
t t t
膜温，壁面－主体三,流体在管内强制对流的?
1,圆形直管内,强制湍流
1) 低粘度流体 （ <2倍常温水粘度 ）
Re mnN u C Pr?
0,80,0 2 3 R e nidN u R r?
/ 6 0 R e 1 0 0 0 0 P r 0,7 ~ 1 2 0d，
流体被加热 n＝ 0.4,流体被冷却 n＝ 0.3，
热流方向的影响,主要影响边界层厚度
（?值变化 ）
定性尺寸 di?定性温度
管壁温度与流体平均温度相差不大 （ 与?
有关,水不超过 20～ 30℃,油不超过 10℃ ）
边界层形成 （ 形体阻力 ）?短 >?长
12( ) / 2t t t
0,7/ 6 0 ( 1 ( / ) )
/ 3 0 ~ 4 0,1,0 7 1,0 2
dd
d
当,校正项 。
例如,校正项 ～
2)高粘度流体 （ 温差过大 ）
0,8 0,33 0,14
12
0,02 7 Re P r ( / )
( 1 ) / 60 Re 10 00 0 P r 0,7 ~ 16 70 0
( 2)
( 3 ) ( ) / 2
w
i
w
Nu
d
d
tt
，，
定性尺寸定性温度,壁温下的粘度
2,圆形直管内,强制滞流
1) 速度分布不同复杂性 2) 存在自然对流影响
3) 入口段较大 100d
（ Re＝ 2000）
1)忽略自然对流影响
2 3 2
1 / 3 1 / 3 1 / 3 0,14
12
/ 2 5 0 0 0
1,8 6 Re Pr ( / ) ( / )
Re 2 3 0 0,0,6 Pr 6 7 0 0 Re Pr 1 0
( ) ( ) / 2
w
w
G r g t
Nu d
d
t t t
短管 壁温下粘度。
2)
0,1
0,2 0,2
1 / 3
12
0,74 Re P r P r
0,8 1 0,01 5
( 1 ) Re 23 00,/ 50
( 2)
( 3 ) ( ) / 2,( ) / 2
i
w
Nu G r
f G r
d
d
t t t t t
或水平管特征尺寸膜温
25000Gr?
(4) l/d>50乘以校正系数
40 30 20 15 10
1.02 1.05 1.13 1.18 1.28
(5) 垂直管流动方向与自然对流方向一致,?+15%
流动方向与自然对流方向相反,?-15%
3,圆形直管过渡流
Re＝ 2300～ 10000之间,用湍流公式乘以?
4,弯曲圆管内：由于离心力的作用,加速湍动产生二次环流
5
1,8
6 1 0
11
Re
' 1 1,7 7
d
R
,为圆形直管中的
5,非圆形管
0,5 3 0,8 1 / 3
12
12
4
0,0 2 ( / ) Re Pr ( )
Re 1 2 0 0 0 ~ 2 2 0 0 0 0
/ 1,6 5 ~ 1,7
e
e
e
d
d
Nu d d
d d d
流动截面积/ 浸润周边套管环隙：
空气－水定性尺寸为四,流体在管外强制对流的?
1,管外流体平行流过,de的计算 。
2,管外流体垂直流过
1)单管边界层增厚边界层脱离
Re小时,层流边界层?（ 低点 ） 脱离
Re大时,层流边界层?（ 低点 ） 湍流边界层境厚脱离?
2) 管束
Re>3000
do,u取最狭处：
定性温度排数不为 10,乘以校正系数 。
0,4 0,6 0,3 3
0,6 0,3 3
R e P r 0,2 6 R e P r
0,3 3 R e P r
nN u N u
Nu
直列：
错列：
1
2
o
o
xd
td
12( ) / 2tt?
3) 换热器管间流动流速,流向不断变化,Re>100湍流挡板形式,（ 圆缺挡板 ）
出现旁流,不能达到垂直流动若圆缺挡板,截去 25％ 。
0,6 1 / 3 0,14
4
12
22
22
( ) 0,2 3 Re Pr ( / )
Re 3 ~ 2 1 0 ( ) / 2
,4 /
4
3
,4 /
24
w
o
o
e o o
e o o o
A
d
tt
d
d t d d t
d t d d d
，
流速，最狭小处通道流速
，：相邻两管中心距离
,：外径
1/
,1.05 0.95 1
o
A hD d t
hD
冷却速度计算：
：挡板间距,：外壳内径加热 气体
0.55 1 / 3 0.14
36
12
( ) 0.36 R e P r ( )
R e 2 10 ~ 1 10
( ) / 2
ew
e
B
d
d t t
小结：
1,对流传热与流动,物性有关 （ 温差 ）
Re
由此,热流方向 温差?物性
w
2,必须注意经验公式的使用条件
L,t,Re,Pr
3,含 Gr,使用膜温
4,?的大小
a)?湍 >?层?短 >?长
b)换热器
c)加强湍动程度
0,8 0,5 5
0,2 0,4 5
e
uu
dd
管内,管外 2 5 %
五,流体作自然对流的?
定性温度：膜温,tw与 (t1+t2)/2的平均值定性尺寸 水平管 do,垂直管 L 查表 !
( P r ) nN u c G r?
六,蒸汽冷凝的?
1,冷凝过程机理加热介质－饱和蒸汽壁面?低于饱和蒸汽温度?汽相温度唯一 。
无汽相热阻 （ 忽略气流补充的压降 ）
冷凝放出的潜热必须通过液膜传向壁面给热的热阻主要来自于壁面上的液膜液体浸润壁面－膜状冷凝不浸润－滴状冷凝,α比前者大几至十几倍膜状冷凝：
膜厚不同,α不同 。
L足够大时,湍流若液膜滞流?热传导为主 。
1
x
x
xx
x
LL
x
OO
x
d Q d S t
tx
d Q d S t
dx
dx
LL
平均
：液膜两侧温差,：离顶部 处膜厚
2,垂直壁面的膜状冷凝
1） 理论分析物性＝ const
假设 蒸汽存在对液膜无磨擦阻力滞流可以导出：
定性尺寸,L
定性温度：膜温：
r：饱和温度下的冷凝潜热
1
23 40,9 4 3 / ( )r g L t 平均值
12 w S st t t?,饱和温度
若传热量一定,r?,冷凝量?,膜厚?,α?
ρ?,单位体积受力?,流动快,膜厚?,α?
λ?（ 通过膜导热 ） α?
μ? 膜厚?,α?
Δt?传热推动力?,冷凝液?,膜厚?,α?
倾斜直壁：与水平夹角为,singg
2） 实验结果：滞流下,蒸汽与液膜间磨擦
3） 流型判断滞流,Re<2100； 湍流,Re>2100
Re?壁下端 Re值
涉及冷凝负荷
1 / 423
1,1 3
rg
Lt
冷凝负荷 M：单位浸润周边上的冷凝液质量流量
4
4
( / ) R e e
sw
duwM bs
M k g m s
b
4） 无因次 α*
对于滞流：
对于湍流：
1 / 32
23
Q W r M rt
A b L L g
令 无因次
1 / 3
0,4
1,88 Re
0,00 77 Re
3,水平管壁蒸汽冷凝
（ 1） 单管 水平管可以看成不同角度倾斜壁面,进行积分
1 / 4
23
0
0.25
0,7 2 5
()
0,6 4
o
o
rg
dt
d
L
d
水平垂直当 很小时，可以看成滞流与垂直管相比：
（ 2） 管束
1 / 4
23
2 / 3
4
12
0.75 0.75 0.75
12
0.725
o
z
m
z
rg
n d t
n n n
n
n n n
，
n垂直列上的管数
，
垂直管数不同时取平均值
4,几点讨论：
对于过热蒸汽,一般可以按饱和蒸汽
蒸汽流向,向下流,α?
向上流,α?
向上流速,α
()p S v S
Sw
r r C t t
t t t
仍为
（ 3） 不冷凝气：在蒸汽与液膜之间形成气膜 。 汽中含 1％ 不凝气,50％ 。
（ 4） 不光滑壁,冷凝液阻力大,膜厚
（ 5） 强化：
直管?沟槽
金属丝 （ 张力作用 ） 18％ 复盖面积时?最大 。
水平管,（ 倾斜 ）
膜,滴交错七,液体沸腾时的?：
锅炉,蒸发器,再沸器温差容积沸腾：加热面浸于液体中 自然对流汽泡运动管内沸腾：一定流速流动,加热管
1,沸腾现象：
特征：有气泡产生；由加热表面首先生成；
必要条件?过热加热表面过热度最大,
缝隙依托表面不平整?汽化核心,?t?
残留气体过热?生成?长大?上浮?补充－过热
22 2 2 /
2/
b L b Lp r p r r p p p r
pr
，
汽泡生成，存在 p 由过热 t 造成
自然对流区
Δt<5℃,液体内产生自然对流,
没有汽泡从液体逸出液面,
仅在液体表面蒸发
核状沸腾
Δt?,汽化核心增加,
长大速率?,搅动
膜状沸腾汽泡连串成膜,汽膜?小,出现，
当 Δt,壁温升高,辐射影响,?
不变,q?。
一般维持在略低于操作,水,Δt＝
25℃
2,讨论
粗糙新管,清洁表面；光滑管
操作 p?,提高饱和温度,?, 有利于气泡生成,脱离
物性,,；?,,
核状沸腾 () nat
3,计算公式：多为经验式水平单管：
壁面过热度
Z：与操作压强 p,临界压强 pc有关的参数
2,3 31,16 3 ( )
wS
Zt
t t t
0.69 0.17 1.2 10 3.33
4
[ 0.10 ( ) ( 1.8 4 10 ) ]
9.81 10
c
c
p
Z R R R
p
R
p
传热过程计算
1,计算类型设计型,WS1,T1,T2,WS2,t1,确定
S及有关尺寸 。
操作型：
（ 1） 尺寸,物性,WS1,WS2,t1,T1，
求 t2,T2
（ 2） 尺寸,物性 WS1,T1,T2,t1,流动方式 求 WS2,t2
2,基本方程式
1 1 1 2 2 2 12
m
S p S p
Q K S t
Q w c T T w c t t
f?
3,计算关键：生产任务 加热,冷却?
工况改变后各量之间关系
1 2 1 2 1 2SS
P
K w w T T t t
S L d C
外内,,,,,,,,
，,物性，,,,,
4,基本思路：
a） 首先明确生产目的,加热,冷却
b）
两者的一致性?确定所求的量 。
1 1 1 2SPQ W C T T
Q K S t
需要传递的热量实际传递的热量
5,基本方法
1) 对比计算法
2) 控制热阻法：
忽略,K接近于?小 一方；
若?大 >>?小,?小 ≈K
如 汽?水 冷凝?水注意,若 K≈?i,改换基准
0,8 0,8
0,2 0,4 ~ 0,5
u
d
5-54,套管换热器，气体 T1＝ 90℃,T2＝ 50℃ ；
水 t1＝ 15℃ t2＝ 30℃
求（ 1） t’1＝ 10℃ 时，措施；
（ 2）若 WS1?20％,t1=15℃,措施。
生产任务：冷却
(1) 原工况,
新工况,t1?,t’1 ＝ 10℃,生产状况不变?Q不变
1 1 1 2 2 2 2 1m S p S pK A t w c T T w c t t
0
9 0 5 0
3 0 1 5 6 0 3 5 4 6,4
6 0 3 5 l n ( 6 0 / 3 5 )m
tC
S不变,T2,T1不变 (物性不变 )，
措施：若 K不变?工况不变,?tm不变。
（物性变化不大）
措施：
mQ K S t
22
22
9 0 5 0
9 0 4 010 4 6,4
909 0 4 0 ln
40
m
T
tt t
tt
0
2 3 6,6tC
'' 212 2 2 1 1 2 2 1 2 2 2
21
0,5 6 4S p S p S S Sttw c t t w c t t w w wtt
' 2Sw?
原工况：
新工况：
由
04 6,4mtC
1
1
1,2 ( ) 1,2S
S
w u
wu
液气气大＝
小
'
0,8( ) 1,1 5 7KuK
Ku?
气,
'1 1 2S p mw c T T K A t
'1.2,1.1 57 mQ K t倍倍 22,mSt t w
2
2
9 0 5 0
15
9 0 3 5
t
t
2
'
2
9 0 3 5
90ln
35
m
tt
t
1 1 2
1 1 2
S p m
S p m
w c T T K S t
w c T T K S t
'
1
1
1,2 1,1 5 7 4 6,4S m m
Sm
w t tK
w K t
02
2
2
9 0 3 5 4 8,1 2 2 5,8
90ln
35
m
tt t C
t
'
1 1 2 2 2 1
1 1 1 2 2 2 1
S p S p
S p S p
w c T T w c t t
w c T T w c t t
1 2 221
22
1 2 2 1 2
2 5,8 1 51,2 1,6 7
3 0 1 5
S S S
SS
S S S
w w wtt ww
w w t t w
5-58 列管式冷凝器
（ 1） WS2?50％（加热）
原工况：
忽略壁阻：
2 1 2 2
4 2 3
4 0,2 5 2,5 4 0,8 0,2 5 /
0,2,1,2 1 0 / 2,1 1 0 / 1 2 0
S
p
A m m m t C t C w T h
M P a w m K c J k g K T C
冷油饱和蒸汽压力 ＝,查
1 2 0 1 2 0
4 0 8 0 8 0 4 0 5 7,7
8 0 4 0 l n ( 8 0 / 4 0 )m
T
t tC
2 2 2 1Spw c t t K A t
32 2 2 1 225000 2,1 1 0 8 0 4 03600 2 5 2,7 4 /
4 0 5 7,7
Sp
m
w c t tK w m K
At
24
1 1 1 1 1 1 2 5 3 2 2,7
2 5 2,7 4 1,2 1 0 2 0
o
i
o i i i
d w
mKKd
0,8 2 2
'
' 0,8 2
3
2
2
1 1 1
3 2 2,7 1,5 4 4 6,4 / ' 3 4 6,8 /
1,5 3 4 9,5 8 /
1,52 5 0 0 0 2,1 1 0 4 0
3600
1,5 7 6 9 4 0
3 4 6,8 4 0
o
i
o i i
m
d
w m K K w m K
K
K K w m K
t
tt
利用
22
2
2
2
0
2
1 2 0 1 2 0
8 0 1 2 040
1,5 7 6 9 4 0
808 0 1 2 0
ln
120
7 7,5
tt
t
t
t
tC
若用
(b)饱和压力 0.3MPa,T由 120℃ 升至 133℃,
K’’与 (a)中 K’相同
' '
2 2 2 1
2 2 2 1
Sp m
S p m
w c t t tK
w c t t K t
2
02 2
2
40
80
ln
40 120
1.5 1.383 77.8
80 40 57.7
t
t t
tC
2 21,2,2 5p u p p
(c） 并联：每个换热器 0.75wS2,S加倍
"
2 2 2 1
2 2 2 1
2
02 2
2
40
93
ln
40 133
1,5 1,3 8 3 8 3,9
8 0 4 0 5 7,7
Sp m
S p m
w c t t tK
w c t t K t
t
t t
tC
求出
' 0,8
2
02 2
0,7 5 0,7 9 4
40
80
ln
40 120
0,7 5 0,7 9 4
8 0 4 0 5 7,7
K K K
t
t t
C
2 （并联）
求出t = 8 1,6
串联：第一级出口 (第二级入口 ) t2*=77.80C
假设 K’=K”=K
阻力加倍。
(2)
2 2 2 02
2
22
2
7 7,8 7 7,8 3 7,8
/ 9 7,7 44 2,2 8 0
7 7,8 4 0 l n l n
1 2 0 4 2,2
Sp
Sp
w c t t
tC
wc
t
串联
210,5 3QQ?
' 0,4 ' 0,4 '2 / 2 0,7 5 8K K K K K
022
2
2
4 0 4 00,7 5 8
7 2,6
808 0 4 0 5 7,5
ln
120
tt
tC
t
(3) 油污垢,?= 2mm? =0.2w/mK,?R总? K?
di由 20mm? 16mm,?i?,u’= (20/16)2u,di’=16di/20
比较热阻
1,8 2( 20 / 16 ) 48 2.2 /
ii w m K
1
'
1
3 2 5 5
22
22
0
2
2
11
3.24 10 1.39 10 5.56 10 8.33 10
57.87 / 252.74 /
40 4057.87
8080 40 252.74
ln
120
51.74
57.7
o o o
i i m m o
d d d
d d d
K w m K w m K
tt
t
tC
原
