2009-7-30
第四章传热一、对流传热系数的影响因素二、对流传热过程的因次分析三、流体无相变时的对流传热系数四、流体有相变时的对流传热系数第五节对流传热系数关联式
2009-7-30
一、对流传热系数的影响因素
1,流体的种类和相变化的情况
2,流体的物性
1） 导热系数滞流内层的温度梯度一定时,流体的导热系数愈大,对流传热系数也愈大 。
2） 粘度流体的粘度愈大,对流传热系数愈低 。
3） 比热和密度
2009-7-30
ρcp,单位体积流体所具有的热容量 。
ρcp值 愈大,流体携带热量的能力愈强,对流传热的强度愈强 。
（ 4） 体积膨胀系数体积膨胀系数 β值愈大,密度差愈大,有利于自然对流
。 对强制对流也有一定的影响 。
3,流体的温度
4,流体流动状态湍流的对流传热系数远比滞流时的大 。
2009-7-30
5,流体流动的原因强制对流：
自然对流：
由于外力的作用由于流体内部存在温度差,使得各部分的流体密度不同,引起流体质点的位移单位体积的流体所受的浮力为：
tggg 00001 t1
6,传热面的性状,大小和位置
2009-7-30
二、因次分析法在对流传热中的应用
1,流体无相变时的强制对流传热过程
列出影响该过程的物理量,并用一般函数关系表示：
)( uclf p,，，，,
确定无因次准数 π的数目
347 mni
）,321 (
2009-7-30
确定准数的形式
(1)列出物理量的因次物理量因次物理量因 次
TM 3?
l
L
3LM
LM
pc
LTL 22?
TML 3?
u
(2)选择 m个物理量作为 i个无因次准数的共同物理量
不能包括待求的物理量
不能同时选用因次相同的物理量
选择的共同物理量中应包括该过程中所有的基本因次 。
2009-7-30
选择 l,λ,μ,u作为三个无因次准数的共同物理量
(3)因次分析将共同物理量与余下的物理量分别组成无因次准数
dcba ul?1
hgfe ul?2
pmkji cul3
对 π1而言,实际因次为：
)()()()( 330000
T
ML
L
M
T
MLLTLM dcba
2009-7-30
01 cb
0 dcba
033 dcb
01 b
1b
0?c
0?d
1?a
ll 1
1 Nu?
Re2 lu Pr3
pc
P r )( R e,fNu
——流体无相变时强制对流时的准数关系式
2009-7-30
2,自然对流传热过程
)( tgclf p,，，，，
包括 7个变量,涉及 4个基本因次,
),( 321 Nul
1
Pr2 pc Grtgl
2
23
3?
P r ),( GrfNu?
——自然对流传热准数关系式
2009-7-30
准数的符号和意义准数名称 符号 准数式 意义努塞尔特准数
（ Nusselt） Nul 表示对流传热的系数雷诺准数
（ Reynolds） Relu 确定流动状态的准数普兰特准数
（ Prandtl） Prpc 表示物性影响的准数格拉斯霍夫准数
（ Grashof） Gr 2
23
tlg? 表示自然对流影响的准数
2009-7-30
3,应用准数关联式应注意的问题
1） 定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定
2） 定性尺寸,Nu,Re数中 L应如何选定 。
3） 应用范围：关联式中 Re,Pr等准数的数值范围 。
2009-7-30
三、流体无相变时的对流传热系数
1,流体在管内作强制对流
1） 流体在圆形直管内作强制湍流
a)低粘度 （ 大约低于 2倍常温水的粘度 ） 流体
nreu PRN 8.00 2 3.0?
n
rP
du
d
8.0
0 2 3.0
或当流体被 加热时 n=0.4,流体被 冷却时,n=0.3。
2009-7-30
,1206.0,10000 re PR 管长与管径比 60/?idl
时，＜若 60/ idl 将计算所得的 α乘以 7.0)](1[ Ld i?
应用范围：
定性尺寸,Nu,Re等准数中的 l取为管内径 di。
定性温度,取为流体进,出口温度的算术平均值 。
b) 高粘度的液体
14.0
23.08.0027.0
w
reu
uPRN
14.0
w
u
为考虑热流体方向的校正项 。
2009-7-30
应用范围,60,1 6 7 0 07.0,1 0 0 0Re
i
r d
LP
定性尺寸,取为管内径 di。
定性温度,除 μw取壁温以外,其余均取液体进,出口温度的算术平均值 。
2) 流体在圆形直管内作强制滞流当管径较小,流体与壁面间的温度差较小,自然对流对强制滞流的传热的影响可以忽略时
2009-7-30
应用范围：
14.0
3
1
3
1
3
1
86.1
w
i
reu L
d
PRN
10,2 5 0 0 0,6.06 7 0 0,2 3 0 0Re LdPRGP irerr
定性尺寸,管内径 di。
定性温度,除 μw取壁温以外,其余均取液体进,出口温度的算术平均值 。
时，当 2 5 0 0 0?rG 按上式计算出 α后,再乘以一校正因子
3
1
015.018.0 rGf
2009-7-30
3） 流体在圆形直管内呈过渡流对于 Re=2300~10000时的过渡流范围,先按湍流的公式计算 α,然后再乘以校正系数 f。
8.1
5106
1
eR
f
4） 流体在弯管内作强制对流
Rd i /77.11'
2009-7-30
5） 流体在非圆形管中作强制对流对于非圆形管内对流传热系数的计算,前面有关的经验式都适用,只是要将圆管内径改为当量直径 de。
套管环隙中的对流传热,用水和空气做实验,所得的关联式为：
3
18.053.0
2
102.0
re
e
PR
d
d
d?
应用范围,Re=12000~220000,d1/d2=1.65~17
定性尺寸,当量直径 de
定性温度,流体进出口温度的算术平均值 。
2009-7-30
2,流体在管外强制对流
2009-7-30
2009-7-30
1） 流体在管束外强制垂直流动
2009-7-30
2009-7-30
2009-7-30
流体 在错列管束外流过时,平均对流传热系数
33.06.0 PrRe33.0?Nu
流体 在直列管束外流过时,平均对流传热系数
33.06.0 PrRe26.0?Nu
应用范围,3000Re ＞
特征尺寸,管外径 do,流速取流体通过每排管子中最狭窄通道处的速度 。 其中错列管距最狭窄处的距离应在 （ x1-do） 和 2（ t-do） 两者中取小者 。
注意,管束排数应为 10,若不是 10时,计算结果应校正 。
2009-7-30
2） 流体在换热器的管间流动当管外装有割去 25%直径的圆缺形折流板时,壳方的对流传热系数关联式为：
a)多诺呼 (Donohue)法
14.0316.0 )(PrRe23.0
w
Nu
14.0316.0 )()()(23.0
w
po
o
cud
d?
2009-7-30
2009-7-30
2009-7-30
应用范围,Re=3～ 2× 104
定性尺寸,管外径 do,流速取换热器中心附近管排中最窄通道处的速度定性温度,除 μw取壁温以外,其余均取液体进,出口温度的算术平均值 。
b) 凯恩 （ Kern） 法
14.0
3
155.0
36.0?
w
reu PRN?
2009-7-30
14.0
3
1
55.0
`
36.0
w
pee Cudd
应用范围,Re=2× 103~106
定性尺寸,当量直径 de。
定性温度,除 μw取壁温以外,其余均取液体进,出口温度的算术平均值 。
当量直径可根据管子排列的情况别用不同式子进行计算：
2009-7-30
管子呈正方形排列时,
0
2
0
2 785.04
d
dtd
e?
管子呈三角形排列时：
0
2
0
2
43
2
4
d
dt
d e
管外流速可以根据流体流过的最大截面积 S计算
tdhDA 01
2009-7-30
3,自然对流
nrru PGCN
n
pCtlg
l
C
3
32
或对于大空间的自然对流,比如管道或传热设备的表面与周围大气层之间的对流传热,通过实验侧得的 c,n的值在表 4-9中 。
定性温度,壁温 tw和流体进出口平均温度的算术平均值,膜温 。
2009-7-30
4,提高对流传热系数的途径
1） 流体作湍流流动时的传热系数远大于层流时的传热系数,并且 Re↑,α↑,应力求使流体在换热器内达到湍流流动
。
2） 湍流时,圆形直管中的对流传热系数
n
r
i
i
Pud
d
8.0
0 2 3.0
,4.0 时当?n
8.06.04.0
0 2 3.0
uC p
2009-7-30
α与流速的 0.8呈正比,与管径的 0.2次方呈反比,
在流体阻力允许的情况下,增大流速比减小管径对提高对流传热系数的效果更为显著 。
3） 流体在换热器管间流过时,在管外加流板的情况
14.0
3
1
55.0
36.0
w
pe
e
Cud
d?
45.0
55.0
ed
uB
对流传热系数 与流速的 0.55次方成正比,而与当量直径的
0.45次方成反比
2009-7-30
设置折流板提高流速和缩小管子的当量直径,对加大对流传热系数均有较显著的作用 。
4) 不论管内还是管外,提高流 u都能增大对流传热系数,
但是增大 u,流动阻力一般按流速的平方增加,应 根据具体情况选择最佳的流速 。
5） 除增加流速外,可在管内装置如麻花铁或选用螺纹管的方法,增加流体的湍动程度,对流传热系数增大,但此时能耗增加 。
2009-7-30
四、流体有相变时的对流传热系数
1,蒸汽冷凝时的对流传热系数
1） 蒸汽冷凝的方式
a) 膜状冷凝,若冷凝液能够浸润壁面,在壁面上形成一完整的液膜
b)滴状冷凝,若冷凝液体不能润湿壁面,由于表面张力的作用,冷凝液在壁面上形成许多液滴,并沿壁面落下
2009-7-30
2009-7-30
2） 膜状冷凝的传热系数
a)蒸汽在垂直管外或垂直平板侧的冷凝假设：
① 冷凝液的物性为常数,可取平均液膜温度下的数值 。
② 一蒸汽冷凝成液体时所传递的热量,仅仅是冷凝潜热
③ 蒸汽静止不动,对液膜无摩擦阻力 。
④ 冷凝液膜成层流流动,传热方式仅为通过液膜进行的热传导 。
2009-7-30
4
1
32
943.0
tH
rg
修正后
4
1
32
13.1
tH
rg
定性尺寸,H取垂直管或板的高度 。
定性温度,蒸汽冷凝潜热 r取其饱和温度 t0下的值,其余物性取液膜平均温度 。
应用范围,1800Re ＜
2009-7-30
若用无因次冷凝传热系数来表示,可得：
31Re76.1
若膜层为湍流 （ Re＞ 1800） 时
4.031
2
32
Re(0 07 7.0 ）
g?
滞流时,Re值增加,α减小；
湍流时,Re值增加,α增大；
2009-7-30
2009-7-30
b) 蒸汽在水平管外冷凝
td
gr
0
32
725.0
c)蒸汽在水平管束外冷凝
4
1
0
3
2
32
72 5.0
tdn
gr
75.075.0
2
75.0
1
21
z
z
m nnn
nnnn
2009-7-30
3） 影响冷凝传热的因素
a） 冷凝液膜两侧的温度差 △ t
当液膜呈滞流流动时,若 △ t加大,则蒸汽冷凝速率增加,
液膜厚度增厚,冷凝传热系数降低 。
b） 流体物性液膜的密度,粘度及导热系数,蒸汽的冷凝潜热,都影响冷凝传热系数 。
c) 蒸汽的流速和流向
蒸汽和液膜 同向流动,厚度减薄,使 α增大；
蒸汽和液膜 逆向流动,α减小,摩擦力超过液膜重力时,液膜被蒸汽吹离壁面,当蒸汽流速增加,α急剧增大；
2009-7-30
d)蒸汽中不凝气体含量的影响蒸汽中含有空气或其它不凝气体,壁面可能为气体层所遮盖,增加了一层附加热阻,使 α急剧下降 。
e)冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多,液膜增厚,使传热系数下降 。
例如 管束,冷凝液面从上面各排流动下面各排,使液膜逐渐增厚,因此 下面管子的 α要比上排的为低 。
冷凝面的表面情况对 α影响也很大,若壁面粗糙不平或有氧化层,使膜层加厚,增加膜层阻力,α下降 。
2009-7-30
2009-7-30
2,液体沸腾时的对流传热系数液体沸腾大容积沸腾管内沸腾
1） 沸腾曲线当 温度差较小 时,液体内部产生 自然对流,α较小,且随温度升高较慢 。
当 △ t逐渐升高,在加热表面的局部位置产生气泡,该局部位置称为 气化核心 。 气泡产生的速度 △ t随上升而增加,α
急剧增大 。 称为 泡核沸腾或核状沸腾 。
2009-7-30
2009-7-30
当 △ t再增大,加热面的气化核心数进一步增多,且气泡产生的速度大于它脱离表面的速度,气泡在脱离表面前连接起来,形成一层 不稳定的蒸汽膜 。
当 △ t在增大,由于加热面具有很高温度,辐射的影响愈来愈显著,α又随之增大,这段称为 稳定的膜状沸腾 。
由核状沸腾向膜状沸腾过渡的转折点 C称为临界点 。
临界点所对应的温差,热通量,对流传热系数分别称为临界温差,临界热通量和临界对流传热系数 。
工业生产中,一般应 维持在核状沸腾区域内操作 。
2009-7-30
2） 沸腾传热系数的计算
33.2)(1 6 3.1 tZ
式中：
sw ttt
——壁面过热度 。q?
7.03.005.1 qZ
33.3102.117.0
4 )]1048.1)(1081.9(10.0[ RRR
pZ c
cp
pR? ——对比压强
2009-7-30
7.0102.117.069.0
4 )1048.1()1081.9(105.0 qRRR
p c
应用条件：
cc qqRk P ap,9.0~01.0,3 0 0 0?
otcc SLDRRpq /)1(38.0 9.035.0
3） 影响沸腾传热的因素
a)液体性质的影响一般情况下,α随 λ,ρ的增加而加大,而随 μ和 σ增加而减小 。
2009-7-30
b） 温度差 △ t的影响
nta
c) 操作压强的影响提高沸腾压强,液体的表面张力和粘度均下降,有利于气泡的生成和脱离,强化了沸腾传热 。 在相同 △ t的下,
传热系数 α增加 。
d) 加热表面的影响新的或清洁的加热面,α较高 。 当壁面被油脂沾污后
,会使 α急剧下降 。
壁面愈粗糙,气泡核心愈多,有利于沸腾传热 。
加热面的布置情况,对沸腾传热也有明显的影响 。
第四章传热一、对流传热系数的影响因素二、对流传热过程的因次分析三、流体无相变时的对流传热系数四、流体有相变时的对流传热系数第五节对流传热系数关联式
2009-7-30
一、对流传热系数的影响因素
1,流体的种类和相变化的情况
2,流体的物性
1） 导热系数滞流内层的温度梯度一定时,流体的导热系数愈大,对流传热系数也愈大 。
2） 粘度流体的粘度愈大,对流传热系数愈低 。
3） 比热和密度
2009-7-30
ρcp,单位体积流体所具有的热容量 。
ρcp值 愈大,流体携带热量的能力愈强,对流传热的强度愈强 。
（ 4） 体积膨胀系数体积膨胀系数 β值愈大,密度差愈大,有利于自然对流
。 对强制对流也有一定的影响 。
3,流体的温度
4,流体流动状态湍流的对流传热系数远比滞流时的大 。
2009-7-30
5,流体流动的原因强制对流：
自然对流：
由于外力的作用由于流体内部存在温度差,使得各部分的流体密度不同,引起流体质点的位移单位体积的流体所受的浮力为：
tggg 00001 t1
6,传热面的性状,大小和位置
2009-7-30
二、因次分析法在对流传热中的应用
1,流体无相变时的强制对流传热过程
列出影响该过程的物理量,并用一般函数关系表示：
)( uclf p,，，，,
确定无因次准数 π的数目
347 mni
）,321 (
2009-7-30
确定准数的形式
(1)列出物理量的因次物理量因次物理量因 次
TM 3?
l
L
3LM
LM
pc
LTL 22?
TML 3?
u
(2)选择 m个物理量作为 i个无因次准数的共同物理量
不能包括待求的物理量
不能同时选用因次相同的物理量
选择的共同物理量中应包括该过程中所有的基本因次 。
2009-7-30
选择 l,λ,μ,u作为三个无因次准数的共同物理量
(3)因次分析将共同物理量与余下的物理量分别组成无因次准数
dcba ul?1
hgfe ul?2
pmkji cul3
对 π1而言,实际因次为：
)()()()( 330000
T
ML
L
M
T
MLLTLM dcba
2009-7-30
01 cb
0 dcba
033 dcb
01 b
1b
0?c
0?d
1?a
ll 1
1 Nu?
Re2 lu Pr3
pc
P r )( R e,fNu
——流体无相变时强制对流时的准数关系式
2009-7-30
2,自然对流传热过程
)( tgclf p,，，，，
包括 7个变量,涉及 4个基本因次,
),( 321 Nul
1
Pr2 pc Grtgl
2
23
3?
P r ),( GrfNu?
——自然对流传热准数关系式
2009-7-30
准数的符号和意义准数名称 符号 准数式 意义努塞尔特准数
（ Nusselt） Nul 表示对流传热的系数雷诺准数
（ Reynolds） Relu 确定流动状态的准数普兰特准数
（ Prandtl） Prpc 表示物性影响的准数格拉斯霍夫准数
（ Grashof） Gr 2
23
tlg? 表示自然对流影响的准数
2009-7-30
3,应用准数关联式应注意的问题
1） 定性温度：各准数中的物理性质按什么温度确定
2） 定性尺寸,Nu,Re数中 L应如何选定 。
3） 应用范围：关联式中 Re,Pr等准数的数值范围 。
2009-7-30
三、流体无相变时的对流传热系数
1,流体在管内作强制对流
1） 流体在圆形直管内作强制湍流
a)低粘度 （ 大约低于 2倍常温水的粘度 ） 流体
nreu PRN 8.00 2 3.0?
n
rP
du
d
8.0
0 2 3.0
或当流体被 加热时 n=0.4,流体被 冷却时,n=0.3。
2009-7-30
,1206.0,10000 re PR 管长与管径比 60/?idl
时，＜若 60/ idl 将计算所得的 α乘以 7.0)](1[ Ld i?
应用范围：
定性尺寸,Nu,Re等准数中的 l取为管内径 di。
定性温度,取为流体进,出口温度的算术平均值 。
b) 高粘度的液体
14.0
23.08.0027.0
w
reu
uPRN
14.0
w
u
为考虑热流体方向的校正项 。
2009-7-30
应用范围,60,1 6 7 0 07.0,1 0 0 0Re
i
r d
LP
定性尺寸,取为管内径 di。
定性温度,除 μw取壁温以外,其余均取液体进,出口温度的算术平均值 。
2) 流体在圆形直管内作强制滞流当管径较小,流体与壁面间的温度差较小,自然对流对强制滞流的传热的影响可以忽略时
2009-7-30
应用范围：
14.0
3
1
3
1
3
1
86.1
w
i
reu L
d
PRN
10,2 5 0 0 0,6.06 7 0 0,2 3 0 0Re LdPRGP irerr
定性尺寸,管内径 di。
定性温度,除 μw取壁温以外,其余均取液体进,出口温度的算术平均值 。
时，当 2 5 0 0 0?rG 按上式计算出 α后,再乘以一校正因子
3
1
015.018.0 rGf
2009-7-30
3） 流体在圆形直管内呈过渡流对于 Re=2300~10000时的过渡流范围,先按湍流的公式计算 α,然后再乘以校正系数 f。
8.1
5106
1
eR
f
4） 流体在弯管内作强制对流
Rd i /77.11'
2009-7-30
5） 流体在非圆形管中作强制对流对于非圆形管内对流传热系数的计算,前面有关的经验式都适用,只是要将圆管内径改为当量直径 de。
套管环隙中的对流传热,用水和空气做实验,所得的关联式为：
3
18.053.0
2
102.0
re
e
PR
d
d
d?
应用范围,Re=12000~220000,d1/d2=1.65~17
定性尺寸,当量直径 de
定性温度,流体进出口温度的算术平均值 。
2009-7-30
2,流体在管外强制对流
2009-7-30
2009-7-30
1） 流体在管束外强制垂直流动
2009-7-30
2009-7-30
2009-7-30
流体 在错列管束外流过时,平均对流传热系数
33.06.0 PrRe33.0?Nu
流体 在直列管束外流过时,平均对流传热系数
33.06.0 PrRe26.0?Nu
应用范围,3000Re ＞
特征尺寸,管外径 do,流速取流体通过每排管子中最狭窄通道处的速度 。 其中错列管距最狭窄处的距离应在 （ x1-do） 和 2（ t-do） 两者中取小者 。
注意,管束排数应为 10,若不是 10时,计算结果应校正 。
2009-7-30
2） 流体在换热器的管间流动当管外装有割去 25%直径的圆缺形折流板时,壳方的对流传热系数关联式为：
a)多诺呼 (Donohue)法
14.0316.0 )(PrRe23.0
w
Nu
14.0316.0 )()()(23.0
w
po
o
cud
d?
2009-7-30
2009-7-30
2009-7-30
应用范围,Re=3～ 2× 104
定性尺寸,管外径 do,流速取换热器中心附近管排中最窄通道处的速度定性温度,除 μw取壁温以外,其余均取液体进,出口温度的算术平均值 。
b) 凯恩 （ Kern） 法
14.0
3
155.0
36.0?
w
reu PRN?
2009-7-30
14.0
3
1
55.0
`
36.0
w
pee Cudd
应用范围,Re=2× 103~106
定性尺寸,当量直径 de。
定性温度,除 μw取壁温以外,其余均取液体进,出口温度的算术平均值 。
当量直径可根据管子排列的情况别用不同式子进行计算：
2009-7-30
管子呈正方形排列时,
0
2
0
2 785.04
d
dtd
e?
管子呈三角形排列时：
0
2
0
2
43
2
4
d
dt
d e
管外流速可以根据流体流过的最大截面积 S计算
tdhDA 01
2009-7-30
3,自然对流
nrru PGCN
n
pCtlg
l
C
3
32
或对于大空间的自然对流,比如管道或传热设备的表面与周围大气层之间的对流传热,通过实验侧得的 c,n的值在表 4-9中 。
定性温度,壁温 tw和流体进出口平均温度的算术平均值,膜温 。
2009-7-30
4,提高对流传热系数的途径
1） 流体作湍流流动时的传热系数远大于层流时的传热系数,并且 Re↑,α↑,应力求使流体在换热器内达到湍流流动
。
2） 湍流时,圆形直管中的对流传热系数
n
r
i
i
Pud
d
8.0
0 2 3.0
,4.0 时当?n
8.06.04.0
0 2 3.0
uC p
2009-7-30
α与流速的 0.8呈正比,与管径的 0.2次方呈反比,
在流体阻力允许的情况下,增大流速比减小管径对提高对流传热系数的效果更为显著 。
3） 流体在换热器管间流过时,在管外加流板的情况
14.0
3
1
55.0
36.0
w
pe
e
Cud
d?
45.0
55.0
ed
uB
对流传热系数 与流速的 0.55次方成正比,而与当量直径的
0.45次方成反比
2009-7-30
设置折流板提高流速和缩小管子的当量直径,对加大对流传热系数均有较显著的作用 。
4) 不论管内还是管外,提高流 u都能增大对流传热系数,
但是增大 u,流动阻力一般按流速的平方增加,应 根据具体情况选择最佳的流速 。
5） 除增加流速外,可在管内装置如麻花铁或选用螺纹管的方法,增加流体的湍动程度,对流传热系数增大,但此时能耗增加 。
2009-7-30
四、流体有相变时的对流传热系数
1,蒸汽冷凝时的对流传热系数
1） 蒸汽冷凝的方式
a) 膜状冷凝,若冷凝液能够浸润壁面,在壁面上形成一完整的液膜
b)滴状冷凝,若冷凝液体不能润湿壁面,由于表面张力的作用,冷凝液在壁面上形成许多液滴,并沿壁面落下
2009-7-30
2009-7-30
2） 膜状冷凝的传热系数
a)蒸汽在垂直管外或垂直平板侧的冷凝假设：
① 冷凝液的物性为常数,可取平均液膜温度下的数值 。
② 一蒸汽冷凝成液体时所传递的热量,仅仅是冷凝潜热
③ 蒸汽静止不动,对液膜无摩擦阻力 。
④ 冷凝液膜成层流流动,传热方式仅为通过液膜进行的热传导 。
2009-7-30
4
1
32
943.0
tH
rg
修正后
4
1
32
13.1
tH
rg
定性尺寸,H取垂直管或板的高度 。
定性温度,蒸汽冷凝潜热 r取其饱和温度 t0下的值,其余物性取液膜平均温度 。
应用范围,1800Re ＜
2009-7-30
若用无因次冷凝传热系数来表示,可得：
31Re76.1
若膜层为湍流 （ Re＞ 1800） 时
4.031
2
32
Re(0 07 7.0 ）
g?
滞流时,Re值增加,α减小；
湍流时,Re值增加,α增大；
2009-7-30
2009-7-30
b) 蒸汽在水平管外冷凝
td
gr
0
32
725.0
c)蒸汽在水平管束外冷凝
4
1
0
3
2
32
72 5.0
tdn
gr
75.075.0
2
75.0
1
21
z
z
m nnn
nnnn
2009-7-30
3） 影响冷凝传热的因素
a） 冷凝液膜两侧的温度差 △ t
当液膜呈滞流流动时,若 △ t加大,则蒸汽冷凝速率增加,
液膜厚度增厚,冷凝传热系数降低 。
b） 流体物性液膜的密度,粘度及导热系数,蒸汽的冷凝潜热,都影响冷凝传热系数 。
c) 蒸汽的流速和流向
蒸汽和液膜 同向流动,厚度减薄,使 α增大；
蒸汽和液膜 逆向流动,α减小,摩擦力超过液膜重力时,液膜被蒸汽吹离壁面,当蒸汽流速增加,α急剧增大；
2009-7-30
d)蒸汽中不凝气体含量的影响蒸汽中含有空气或其它不凝气体,壁面可能为气体层所遮盖,增加了一层附加热阻,使 α急剧下降 。
e)冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多,液膜增厚,使传热系数下降 。
例如 管束,冷凝液面从上面各排流动下面各排,使液膜逐渐增厚,因此 下面管子的 α要比上排的为低 。
冷凝面的表面情况对 α影响也很大,若壁面粗糙不平或有氧化层,使膜层加厚,增加膜层阻力,α下降 。
2009-7-30
2009-7-30
2,液体沸腾时的对流传热系数液体沸腾大容积沸腾管内沸腾
1） 沸腾曲线当 温度差较小 时,液体内部产生 自然对流,α较小,且随温度升高较慢 。
当 △ t逐渐升高,在加热表面的局部位置产生气泡,该局部位置称为 气化核心 。 气泡产生的速度 △ t随上升而增加,α
急剧增大 。 称为 泡核沸腾或核状沸腾 。
2009-7-30
2009-7-30
当 △ t再增大,加热面的气化核心数进一步增多,且气泡产生的速度大于它脱离表面的速度,气泡在脱离表面前连接起来,形成一层 不稳定的蒸汽膜 。
当 △ t在增大,由于加热面具有很高温度,辐射的影响愈来愈显著,α又随之增大,这段称为 稳定的膜状沸腾 。
由核状沸腾向膜状沸腾过渡的转折点 C称为临界点 。
临界点所对应的温差,热通量,对流传热系数分别称为临界温差,临界热通量和临界对流传热系数 。
工业生产中,一般应 维持在核状沸腾区域内操作 。
2009-7-30
2） 沸腾传热系数的计算
33.2)(1 6 3.1 tZ
式中：
sw ttt
——壁面过热度 。q?
7.03.005.1 qZ
33.3102.117.0
4 )]1048.1)(1081.9(10.0[ RRR
pZ c
cp
pR? ——对比压强
2009-7-30
7.0102.117.069.0
4 )1048.1()1081.9(105.0 qRRR
p c
应用条件：
cc qqRk P ap,9.0~01.0,3 0 0 0?
otcc SLDRRpq /)1(38.0 9.035.0
3） 影响沸腾传热的因素
a)液体性质的影响一般情况下,α随 λ,ρ的增加而加大,而随 μ和 σ增加而减小 。
2009-7-30
b） 温度差 △ t的影响
nta
c) 操作压强的影响提高沸腾压强,液体的表面张力和粘度均下降,有利于气泡的生成和脱离,强化了沸腾传热 。 在相同 △ t的下,
传热系数 α增加 。
d) 加热表面的影响新的或清洁的加热面,α较高 。 当壁面被油脂沾污后
,会使 α急剧下降 。
壁面愈粗糙,气泡核心愈多,有利于沸腾传热 。
加热面的布置情况,对沸腾传热也有明显的影响 。
