第 9章 低温系统中的传热与压降计算基础 传热系数及（摩擦）压降关系式 ? 9.1 无因次准则数 ? 9.2 单相流体的传热与压降 ? 9.2.1通道内无相变的对流换热 ? 9.2.2光管内流动的摩擦因子 ? 9.2.3管外无相变对流换热 ? 9.2.4管外无相变摩擦因子 ? 9.3 冷凝对流换热 ? 9.4 沸腾换热 ? 9.5 两相流动压降 ? 9.5.1 绝热两相流摩擦压降 ? 9.5.2 非绝热两相流压降 ? 9.6 换热器计算 9.1 无因次准则数 普朗特准则数 传热因子 努谢尔特准则数 Nu=αDe/K 雷诺准则数 摩擦因子(管内 ) 摩擦因子(垂直于管束流动) Pr /= μCK P 3 2 Pr GC j p H ?= α Re /= DG e μ ()fPL G D e = ? ? ? ? ? ?Δ / 2 2ρ f PN G ' / / max = Δ 2 2ρ 9.2 单相流体的传热与压降 ? 9.2.1 通道内无相变的对流换热 ? 9.2.2 光管内流动的摩擦因子 ? 9.2.3 管外无相变对流换热 ? 9.2.4 管外无相变摩擦因子 9.2.1 通道内无相变的对流换热 ? 直管，层流 ? 直管和盘管，紊流 () Re < 2300 () () [] N DL P DL P u er er =+ + 3658 00668 1004 23 . ./Re ./Re / () Re > 3000 () [] jDD Heh =+ ? 0023 1 35 02 .Re . / . 9.2.2 光管内流动的摩擦因子 直管内流动的摩擦因子f 与 Re数的关系 Re数 Re<2300 Re>5000 摩擦因子 f Re 64 =f 250 3160 . Re.f ? = 200 1840 . Re.f ? = 5000Re3000 << 螺旋管内流动的摩擦因子 f 0 Re数 摩擦因 子f 0 h e h e D D Re D D 200040 << 54 101051 ~.Re ×= 1 0 = f f h e D D 40< 2 1 4 1 0 07501 ? ? ? ? ? ? ? ? += h e D D Re. f f 180 3600 2880 . h e. D D Re. f f ? ? ? ? ? ? ? ? = 9.2.3 管外无相变对流换热 j H = ? 026 04 .Re . j H = ? 033 04 .Re . 雷诺数定义为 Re / max = DG 0 μ 流动垂直于管束 D 0 为管子外径，Gmax为管间的最大单位面积质量流量， 平均温度 作为流体的定性温度() TTT mbw =+12/ 9.2.4 管外无相变摩擦因子 () [] fXX LT n '. . Re . =+ ? ? ? 0176 032 1 015 流动垂直于管束 () [] fX T '. Re . . =+ ? ? ? 10470 1 108 016 横向间距/管子外径； 纵向间距 /管子外径， 横向间距与纵向间距的定义见图 ()nX L =+043 113../ X T = X L = ? 管外垂直表面上层流膜状凝结换热系数 ? 管外垂直表面上湍流膜状凝结换热系数 ? 水平管外膜状凝结换热系数 ? 管内膜状凝结换热系数 ? 出口处全部为凝液 ? 进出口都为两相 Re <1800 9.3 冷凝对流换热 h Kg μ ρ 2 32 13 1 3 188 ? ? ? ? ? ? = ? / .Re Re >1800 h kg μ ρ 2 32 13 04 00077 ? ? ? ? ? ? = / . .Re h kg μ ρ 2 32 13 13 151 ? ? ? ? ? ? = ? / / .Re hh P P L cr s =+ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 055 209 038 .. . () () () hh x xx PP L scr =?+ ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 38 1 08 076 004 038 . . . . . / 9.4 沸腾换热 ? 低温液体在垂直管内的池沸腾 ? 低温流体池内核态沸腾关系式 ? Stephan的关系式 ? Clark，池沸腾数据的关系式 ? 核态流动沸腾换热 ? 静止 ? 流动 ()() h KC Ld TTq hM H L LLL i cr fg v Lv m = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 397 065 035 0455 7 07 07 07 015 025 . // .. . . .. . . μ ρ σ ρρ ()hCq Ck P = 0624 0117. . ρ ω () q h g CT h TT fg l LV Pl fg scr L μ σ ρρ? ? ? ? ? ? ? ? ? =× ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 12 5 18 289 325 10 / / . . / Pr Δ Nu P K S BeP = 00042 06 05 02 . ... () [] BhCx q fg L V0 11=+ ?ρρ// Nu Nu B B = ? ? ? 1 00041 0 05 . . B B 0 4 0 4 610 610 <× >× 9.5 两相流动压降 ? 分相流动模型，将两相液体人为地分成气液 两股流体，而且各自具有自己平均速度。 ? 基本假定：两相间无相互作用，也等于说液 相的静压降等于气相的静压降。 ? 9.5.1 绝热两相流摩擦压降 ? 9.5.2 非绝热两相流压降 ? 非绝热两相流摩擦压降 ? 非绝热两相流动量压降 ? 非绝热两相流总压降 9.5.1 绝热两相流摩擦压降 ? 选用Lockhart-Martinelli的准则关系式： ； l lf L P LP ? ? ? ? ? ? Δ Δ =Δ 2 φ 2 2 1 1 XX C l ++=φ ( ) () () () 2 2 1 ? ? ? ? ? ? ? = Δ Δ Δ Δ = x x ReC ReC L P L P X l n lg g m gl g l ρ ρ l e l GD Re μ = g e g GD Re μ = () Δ Δ P L fm A D L L Le ? ? ? ? ? ? = / 2 2ρ 9.5.2 非绝热两相流压降 ? 非绝热两相流摩擦压降 ? 若轴向热流为常数， ? 非绝热两相流动量压降 ? 非绝热两相流总压降 () ()ΔΦP LdP dL xx xdx f n L x x = ? ? ? ∫ / 0 21 2 2 1 1 2 ()ΔΦPmmA mmGL L =+&&/ 2 2 ρ Φ m LL L L L G x R x R x R x R = ? ? ? + ? ? ? ()() () 11 11 2 2 1 2 2 2 1 2 21 2 1 ρ ρ () () RXX X L =++/ / 2 12 1 ΔΔ ΔPP P fm ＝ + 9.6 换热器计算 ? （ 1）传热系数 ? （ 2）对数平均温差 ? （ 3）换热量 f oi oo i o i R d d ln d d d k +++ = αλα 1 2 1 1 () 2 1 21 t t ln tt t m Δ Δ Δ?Δ =Δ ( ) 1122 TCTCGtKFQ ppm ?=Δ=