化工原理課件第四章第三節(jié)

1、4.3.1 4.3.1 對(duì)流傳熱過(guò)程分析對(duì)流傳熱過(guò)程分析4.3 4.3 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱4.3.5 4.3.5 無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式4.3.2 4.3.2 對(duì)流傳熱速率方程對(duì)流傳熱速率方程4.3.3 4.3.3 影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素4.3.4 4.3.4 對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的建立對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的建立 4.3.6 4.3.6 有相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式有相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 對(duì)流傳熱：是指流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移而引對(duì)流傳熱：是指流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移而引 起的熱交換。起的熱交換。 對(duì)流傳熱僅發(fā)生在流體

2、中，與流體的流動(dòng)對(duì)流傳熱僅發(fā)生在流體中，與流體的流動(dòng)狀況密切相關(guān)。狀況密切相關(guān)。 實(shí)質(zhì)上對(duì)流傳熱是流體的對(duì)流與熱傳導(dǎo)共實(shí)質(zhì)上對(duì)流傳熱是流體的對(duì)流與熱傳導(dǎo)共同作用的結(jié)果。同作用的結(jié)果。4.3.1 4.3.1 對(duì)流傳熱過(guò)程分析對(duì)流傳熱過(guò)程分析 流體在平壁上流過(guò)時(shí)，流體和壁面間將進(jìn)流體在平壁上流過(guò)時(shí)，流體和壁面間將進(jìn)行換熱，引起壁面法向方向上溫度分布的變化，行換熱，引起壁面法向方向上溫度分布的變化，形成一定的溫度梯度，近壁處，流體溫度發(fā)生形成一定的溫度梯度，近壁處，流體溫度發(fā)生顯著變化的區(qū)域，稱(chēng)為熱邊界層或溫度邊界層。顯著變化的區(qū)域，稱(chēng)為熱邊界層或溫度邊界層。 熱邊界層或溫度邊界層熱邊界層或溫度邊界

3、層： 由于對(duì)流是依靠流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生位移來(lái)由于對(duì)流是依靠流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生位移來(lái)進(jìn)行熱量傳遞，因此對(duì)流傳熱的快慢與流體流進(jìn)行熱量傳遞，因此對(duì)流傳熱的快慢與流體流動(dòng)的狀況有關(guān)。動(dòng)的狀況有關(guān)。 在流體流動(dòng)一章中曾講了流體流動(dòng)型態(tài)有在流體流動(dòng)一章中曾講了流體流動(dòng)型態(tài)有層流和湍流。層流和湍流。 層流流動(dòng)時(shí)，由于流體質(zhì)點(diǎn)只在流動(dòng)方向?qū)恿髁鲃?dòng)時(shí)，由于流體質(zhì)點(diǎn)只在流動(dòng)方向上作一維運(yùn)動(dòng)，在傳熱方向上無(wú)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此上作一維運(yùn)動(dòng)，在傳熱方向上無(wú)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)主要依靠熱傳導(dǎo)方式來(lái)進(jìn)行熱量傳遞，但由時(shí)主要依靠熱傳導(dǎo)方式來(lái)進(jìn)行熱量傳遞，但由于流體內(nèi)部存在溫差還會(huì)有少量的自然對(duì)流，于流體內(nèi)部存在溫差還會(huì)有少量的自然對(duì)流，此

4、時(shí)傳熱速率小，應(yīng)盡量避免此種情況。此時(shí)傳熱速率小，應(yīng)盡量避免此種情況。 流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)大多數(shù)情況下為湍流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)大多數(shù)情況下為湍流，下面我們來(lái)分析流體作湍流流動(dòng)時(shí)的傳熱流，下面我們來(lái)分析流體作湍流流動(dòng)時(shí)的傳熱情況。情況。 流體作湍流流動(dòng)時(shí)，靠近壁面處流體流動(dòng)分別流體作湍流流動(dòng)時(shí)，靠近壁面處流體流動(dòng)分別為層流底層、過(guò)渡層（緩沖層）、湍流核心。為層流底層、過(guò)渡層（緩沖層）、湍流核心。層流底層：流體質(zhì)點(diǎn)只沿流動(dòng)方向上作一維運(yùn)層流底層：流體質(zhì)點(diǎn)只沿流動(dòng)方向上作一維運(yùn) 動(dòng)，在傳熱方向上無(wú)質(zhì)點(diǎn)的混合，動(dòng)，在傳熱方向上無(wú)質(zhì)點(diǎn)的混合， 溫度變化大，傳熱主要以熱傳導(dǎo)的溫度變化大，傳熱主要以熱傳導(dǎo)

5、的 方式進(jìn)行。方式進(jìn)行。導(dǎo)熱為主，熱阻大，溫差大。導(dǎo)熱為主，熱阻大，溫差大。湍流核心：在遠(yuǎn)離壁面的湍流中心，流體質(zhì)點(diǎn)湍流核心：在遠(yuǎn)離壁面的湍流中心，流體質(zhì)點(diǎn) 充分混合，溫度趨于一致（熱阻充分混合，溫度趨于一致（熱阻 小），傳熱主要以對(duì)流方式進(jìn)行。?。?，傳熱主要以對(duì)流方式進(jìn)行。質(zhì)點(diǎn)相互混合交換熱量，溫差小。質(zhì)點(diǎn)相互混合交換熱量，溫差小。過(guò)渡區(qū)域：溫度分布不像湍流主體那么均勻，也過(guò)渡區(qū)域：溫度分布不像湍流主體那么均勻，也 不像層流底層變化明顯，傳熱以熱傳不像層流底層變化明顯，傳熱以熱傳 導(dǎo)和對(duì)流兩種方式共同進(jìn)行。導(dǎo)和對(duì)流兩種方式共同進(jìn)行。質(zhì)點(diǎn)混合，分子運(yùn)動(dòng)共同作用，溫度變化平緩。質(zhì)點(diǎn)混合，分子運(yùn)動(dòng)

6、共同作用，溫度變化平緩。 如果要加強(qiáng)傳熱，必須采取措施來(lái)減少層如果要加強(qiáng)傳熱，必須采取措施來(lái)減少層流底層的厚度。流底層的厚度。根據(jù)在熱傳導(dǎo)中的分析，溫差大熱阻就大。根據(jù)在熱傳導(dǎo)中的分析，溫差大熱阻就大。 流體作湍流流動(dòng)時(shí)，熱阻主要集中在層流流體作湍流流動(dòng)時(shí)，熱阻主要集中在層流底層中。底層中。3.3.2 對(duì)流傳熱速率方程對(duì)流傳熱速率方程 對(duì)流傳熱大多是指流體與固體壁面之間的對(duì)流傳熱大多是指流體與固體壁面之間的傳熱，其傳熱速率與流體性質(zhì)及邊界層的狀況傳熱，其傳熱速率與流體性質(zhì)及邊界層的狀況密切相關(guān)。密切相關(guān)。 如圖在靠近壁面處引起溫度的變化形成溫如圖在靠近壁面處引起溫度的變化形成溫度邊界層。度邊界

7、層。溫度差主要集中在層流底層中。溫度差主要集中在層流底層中。牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律 該膜既不是熱邊界層，也非流動(dòng)邊界層，該膜既不是熱邊界層，也非流動(dòng)邊界層，而是一集中了全部傳熱溫差并以導(dǎo)熱方式傳熱而是一集中了全部傳熱溫差并以導(dǎo)熱方式傳熱的虛擬膜。的虛擬膜。 由此假定，此時(shí)的溫度分布情況如下圖所示。由此假定，此時(shí)的溫度分布情況如下圖所示。 假設(shè)流體與固體壁面之間的傳熱熱阻全集假設(shè)流體與固體壁面之間的傳熱熱阻全集中在厚度為中在厚度為t有效膜中，在有效膜之外無(wú)熱阻有效膜中，在有效膜之外無(wú)熱阻存在，在有效膜內(nèi)傳熱主要以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)存在，在有效膜內(nèi)傳熱主要以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行。行。 建立膜模型：建立膜

8、模型： te式中式中 ： t 總有效膜厚度；總有效膜厚度； e 湍流區(qū)虛擬膜厚度；湍流區(qū)虛擬膜厚度； 層流底層膜厚度。層流底層膜厚度。 使用傅立葉定律表示傳熱速率在虛擬膜內(nèi)：使用傅立葉定律表示傳熱速率在虛擬膜內(nèi)： 流體被加熱：流體被加熱： w2()tQA tt4-164-17流體被冷卻：流體被冷卻： 1()WtQA Tt設(shè)設(shè) t對(duì)流傳熱速率方程可用牛頓冷卻定律來(lái)描述：對(duì)流傳熱速率方程可用牛頓冷卻定律來(lái)描述： 流體被加熱：流體被加熱： w2()QA tt流體被冷卻：流體被冷卻： 1()WQA Tt4-184-194-214-20 Q ，Q 對(duì)流傳熱速率，對(duì)流傳熱速率，W； A 對(duì)流傳熱面積，對(duì)流

9、傳熱面積，m2。 ，a 對(duì)流傳熱系數(shù)，對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2)；tW1， tW2 壁溫，壁溫，；T，t 流體平均溫度，流體平均溫度，；式中：式中： 牛頓冷卻定律并非從理論上推導(dǎo)的結(jié)果，牛頓冷卻定律并非從理論上推導(dǎo)的結(jié)果，而只是一種推論，是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律而只是一種推論，是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律。QA ttttAtRww()1推動(dòng)力：推動(dòng)力：tttw阻力：阻力：RA1QAt一定時(shí)，和4-224-244-23 對(duì)流傳熱是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過(guò)程，實(shí)對(duì)流傳熱是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過(guò)程，實(shí)際上由于有效膜厚度難以測(cè)定，牛頓冷卻定律際上由于有效膜厚度難以測(cè)定，牛頓冷卻定律只是給出了計(jì)算傳熱速率簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式，只是給出了

10、計(jì)算傳熱速率簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并未簡(jiǎn)化問(wèn)題本身，只是把諸多影響過(guò)程的因并未簡(jiǎn)化問(wèn)題本身，只是把諸多影響過(guò)程的因素都?xì)w結(jié)到了素都?xì)w結(jié)到了 當(dāng)中當(dāng)中復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化表示。復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化表示。流體被加熱：流體被加熱： w2()QA tt流體被冷卻：流體被冷卻： 1()WQA Tt4-214-204.3.3 4.3.3 影響對(duì)流傳熱系數(shù)影響對(duì)流傳熱系數(shù) 的因素的因素 對(duì)流傳熱是流體在具有一定形狀及尺寸的設(shè)備對(duì)流傳熱是流體在具有一定形狀及尺寸的設(shè)備中流動(dòng)時(shí)發(fā)生的熱流體到壁面或壁面到冷流體的中流動(dòng)時(shí)發(fā)生的熱流體到壁面或壁面到冷流體的熱量傳遞過(guò)程，因此它必然與下列因素有關(guān)。熱量傳遞過(guò)程，因此它必然與下列因素有

11、關(guān)。1.1.引起流動(dòng)的原因：引起流動(dòng)的原因：自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部存在溫差引起密度差形成自然對(duì)流：由于流體內(nèi)部存在溫差引起密度差形成 的浮升力，造成流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的上升和的浮升力，造成流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的上升和 下降運(yùn)動(dòng)，一般下降運(yùn)動(dòng)，一般u較小，較小， 也較小。也較小。 若流體的體積膨脹系數(shù)為若流體的體積膨脹系數(shù)為，則，則1與與2的的關(guān)系為：關(guān)系為： )1 (21t12ttt由于有溫度差，即：由于有溫度差，即：t2 t1，所以，所以21。4-264-25強(qiáng)制對(duì)流：在外力作用下引起的流體流動(dòng)，強(qiáng)制對(duì)流：在外力作用下引起的流體流動(dòng)， 一般一般 u 較大，故較大，故 較大。較大。自強(qiáng)122()ggt 于是

12、在重力場(chǎng)內(nèi)，單位體積流體由于密于是在重力場(chǎng)內(nèi)，單位體積流體由于密度不同所產(chǎn)生的浮生力為：度不同所產(chǎn)生的浮生力為：4-284-27 的影響：的影響： ； 的影響：的影響： Re ； Cp 的影響：的影響：cp cp 單位體積流體的熱容量單位體積流體的熱容量 大，則大，則 較大；較大； 的影響的影響: Re 當(dāng)流體種類(lèi)確定后，根據(jù)溫度、壓力（氣當(dāng)流體種類(lèi)確定后，根據(jù)溫度、壓力（氣體）查對(duì)應(yīng)的物性，影響體）查對(duì)應(yīng)的物性，影響 較大的物性有：較大的物性有： 2.2.流體的物性：流體的物性：3.3.流動(dòng)形態(tài)：流動(dòng)形態(tài)： 層流：熱量主要依靠熱傳導(dǎo)的方式傳熱。由于層流：熱量主要依靠熱傳導(dǎo)的方式傳熱。由于 流

13、體的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬的導(dǎo)熱系數(shù)小得流體的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬的導(dǎo)熱系數(shù)小得 多，所以熱阻大。多，所以熱阻大。湍流：質(zhì)點(diǎn)充分混合且層流底層變薄，湍流：質(zhì)點(diǎn)充分混合且層流底層變薄， 較大。較大。 Re ；但；但Re 動(dòng)力消耗大。動(dòng)力消耗大。 湍湍 層層 4. 傳熱面的形狀，大小和位置傳熱面的形狀，大小和位置 不同的壁面形狀、尺寸影響流型；會(huì)造成不同的壁面形狀、尺寸影響流型；會(huì)造成邊界層分離，產(chǎn)生旋渦，增加湍動(dòng)，使邊界層分離，產(chǎn)生旋渦，增加湍動(dòng)，使 增大。增大。形狀：如管、板、管束等；形狀：如管、板、管束等；大?。喝绻軓胶凸荛L(zhǎng)等；大?。喝绻軓胶凸荛L(zhǎng)等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和位置：如管子的排

14、列方式（管束有正四方形和 三角形排列）；管或板是垂直放置還是三角形排列）；管或板是垂直放置還是 水平放置。水平放置。 對(duì)于一種類(lèi)型的傳熱面常用一個(gè)對(duì)對(duì)流傳熱對(duì)于一種類(lèi)型的傳熱面常用一個(gè)對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)有決定性影響的特性尺寸系數(shù)有決定性影響的特性尺寸L來(lái)表示其大小。來(lái)表示其大小。5. 是否發(fā)生相變是否發(fā)生相變 發(fā)生相變時(shí)，由于汽化或冷凝的潛熱遠(yuǎn)大發(fā)生相變時(shí)，由于汽化或冷凝的潛熱遠(yuǎn)大于溫度變化的顯熱（于溫度變化的顯熱（r遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于cp）。）。 相變相變 無(wú)相無(wú)相主要有蒸汽冷凝和液體沸騰。主要有蒸汽冷凝和液體沸騰。 一般情況下，有相變化時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)較一般情況下，有相變化時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)較大，機(jī)理各不

15、相同，復(fù)雜。大，機(jī)理各不相同，復(fù)雜。 4.3.4 4.3.4 對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的建立對(duì)流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的建立 由于對(duì)流傳熱本身是一個(gè)非常復(fù)雜的物理由于對(duì)流傳熱本身是一個(gè)非常復(fù)雜的物理問(wèn)題，現(xiàn)在用牛頓冷卻定律把復(fù)雜問(wèn)題用簡(jiǎn)單問(wèn)題，現(xiàn)在用牛頓冷卻定律把復(fù)雜問(wèn)題用簡(jiǎn)單形式表示，把復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)到計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)形式表示，把復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)到計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)上面。上面。 對(duì)流傳熱系數(shù)大小的確定成為了一個(gè)復(fù)雜對(duì)流傳熱系數(shù)大小的確定成為了一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，其影響因素非常多。問(wèn)題，其影響因素非常多。 目前還不能對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)從理論上來(lái)推目前還不能對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)從理論上來(lái)推導(dǎo)它的計(jì)算式，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到其經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)

16、導(dǎo)它的計(jì)算式，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到其經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。式。 一、因次分析一、因次分析 由上面的分析：由上面的分析： f (u，l， ， ，cp， ，g t) u u 特征流速。特征流速。式中：式中：l 特性尺寸；特性尺寸；基本因次：長(zhǎng)度基本因次：長(zhǎng)度L，時(shí)間，時(shí)間T，質(zhì)量，質(zhì)量M，溫度，溫度 變量總數(shù)：變量總數(shù)： 8 8個(gè)個(gè) gkaGrCNuPrRe 因次分析之后，所得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中共有因次分析之后，所得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中共有4個(gè)無(wú)因次數(shù)群（由個(gè)無(wú)因次數(shù)群（由 定理定理8-4=4） 因次分析結(jié)果如下：因次分析結(jié)果如下： lNu Nusselt（努塞爾）待定準(zhǔn)數(shù)（包含對(duì)（努塞爾）待定準(zhǔn)數(shù)（包含對(duì)流傳熱系數(shù)）流傳熱

17、系數(shù)）duReReynolds（雷諾）表征流體流動(dòng)型態(tài)（雷諾）表征流體流動(dòng)型態(tài)對(duì)對(duì)流傳熱的影響。對(duì)對(duì)流傳熱的影響。4-29pcPr223tlgGrgkpatlgcduCl)()()(223Prandtl（普蘭特）反映流體物性（普蘭特）反映流體物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響。對(duì)對(duì)流傳熱的影響。Grashof（格拉斯霍夫）表征自然（格拉斯霍夫）表征自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響。對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響。4-30二、定性溫度、特性尺寸的確定二、定性溫度、特性尺寸的確定 1、定性溫度、定性溫度 由于沿流動(dòng)方向流體溫度的逐漸變化，在由于沿流動(dòng)方向流體溫度的逐漸變化，在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)就要取一個(gè)有代表性的溫度以處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)

18、就要取一個(gè)有代表性的溫度以確定物性參數(shù)的數(shù)值，這個(gè)確定物性參數(shù)數(shù)值確定物性參數(shù)的數(shù)值，這個(gè)確定物性參數(shù)數(shù)值的溫度稱(chēng)為定性溫度。的溫度稱(chēng)為定性溫度。定性溫度的取法：定性溫度的取法：1）流體進(jìn)出口溫度的平均值：）流體進(jìn)出口溫度的平均值： 122mttt4-312Wmtt膜溫t3準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的適用范圍。準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的適用范圍。2）膜溫）膜溫 2特性尺寸特性尺寸 它是代表?yè)Q熱面幾何特征的長(zhǎng)度量，通常選它是代表?yè)Q熱面幾何特征的長(zhǎng)度量，通常選取對(duì)流動(dòng)與換熱有主要影響的某一幾何尺寸。取對(duì)流動(dòng)與換熱有主要影響的某一幾何尺寸。 實(shí)驗(yàn)范圍是有限的，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的使用范圍實(shí)驗(yàn)范圍是有限的，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的使用范圍也就是有限的

19、。也就是有限的。 式中：式中： tW壁溫壁溫4-324.3.5 4.3.5 無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式一、流體在管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流一、流體在管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流1圓形直管內(nèi)的湍流圓形直管內(nèi)的湍流 0.80.023RePrnNu 0.80.023()()pncdud適用范圍：適用范圍：Re10000，0.7Pr 160， 604-344-33注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：（3）流體被加熱時(shí)，）流體被加熱時(shí)，n0.4；被冷卻時(shí)，；被冷卻時(shí)，n0.3。（1）定性溫度取流體進(jìn)出溫度的算術(shù)平均值）定性溫度取流體進(jìn)出溫度的算術(shù)平均值tm （2）特征尺寸為管內(nèi)徑）特征尺寸為管內(nèi)徑di； 上

20、述上述 n取不同值的原因主要是溫度對(duì)近壁層取不同值的原因主要是溫度對(duì)近壁層流底層中流體粘度的影響。流底層中流體粘度的影響。 當(dāng)管內(nèi)流體被加熱時(shí)，靠近管壁處層流底當(dāng)管內(nèi)流體被加熱時(shí)，靠近管壁處層流底層的溫度高于流體主體溫度；層的溫度高于流體主體溫度； 流體被冷卻時(shí)，情況正好相反。流體被冷卻時(shí)，情況正好相反。 對(duì)于液體，其粘度隨溫度升高而降低，液對(duì)于液體，其粘度隨溫度升高而降低，液體被加熱時(shí)層流底層減薄，大多數(shù)液體的導(dǎo)熱體被加熱時(shí)層流底層減薄，大多數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高也有所減少，但不顯著，總的系數(shù)隨溫度升高也有所減少，但不顯著，總的結(jié)果使對(duì)流傳熱系數(shù)增大。結(jié)果使對(duì)流傳熱系數(shù)增大。 液體被加熱

21、時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)必大于冷卻液體被加熱時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)必大于冷卻時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。 大多數(shù)液體的大多數(shù)液體的Pr1,即即Pr0.4Pr0.3。 液體被加熱時(shí)，液體被加熱時(shí)，n取取0.4；冷卻時(shí)，；冷卻時(shí)，n取取0.3。 對(duì)于氣體，其粘度隨溫度升高而增大，對(duì)于氣體，其粘度隨溫度升高而增大，氣體被加熱時(shí)層流底層增厚，氣體的導(dǎo)熱系氣體被加熱時(shí)層流底層增厚，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高也略有升高，總的結(jié)果使對(duì)流數(shù)隨溫度升高也略有升高，總的結(jié)果使對(duì)流傳熱系數(shù)減少。傳熱系數(shù)減少。 氣體被加熱時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)必小于冷氣體被加熱時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)必小于冷卻時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。卻時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。 同液

22、體一樣，氣體被加熱時(shí)同液體一樣，氣體被加熱時(shí) n 取取0.4，冷卻，冷卻時(shí)時(shí) n 取取0.3。大多數(shù)氣體的大多數(shù)氣體的Pr1，即，即Pr0.4Pr0.3； 通過(guò)以上分析可知，溫度對(duì)近壁處層流底通過(guò)以上分析可知，溫度對(duì)近壁處層流底層內(nèi)流體粘度的影響，會(huì)引起近壁流層內(nèi)速度層內(nèi)流體粘度的影響，會(huì)引起近壁流層內(nèi)速度分布的變化，故整個(gè)截面上的速度分布也將產(chǎn)分布的變化，故整個(gè)截面上的速度分布也將產(chǎn)生相應(yīng)的變化。生相應(yīng)的變化。（4）特征速度為管內(nèi)平均流速。）特征速度為管內(nèi)平均流速。以下是對(duì)上面的公式進(jìn)行修正：以下是對(duì)上面的公式進(jìn)行修正：a高粘度高粘度 14. 033. 08 . 0)()()(027. 0w

23、pcdud4-35 要考慮壁面溫度變化引起粘度變化對(duì)要考慮壁面溫度變化引起粘度變化對(duì) 的影的影響（響（ 是在是在tm下；而下；而 W是在是在tw下）。下）。 在實(shí)際中，由于壁溫難以測(cè)得，工程上近似在實(shí)際中，由于壁溫難以測(cè)得，工程上近似處理為：處理為：對(duì)于液體，加熱時(shí)：對(duì)于液體，加熱時(shí)： 05. 1)(14. 0w冷卻時(shí)：冷卻時(shí)： 95. 0)(14. 0w4-374-36b過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū) 2300Re10000時(shí)，先按湍流計(jì)算時(shí)，先按湍流計(jì)算 ，然后乘以校正系數(shù)。然后乘以校正系數(shù)。1Re1060 . 18 . 05f 過(guò)渡區(qū)內(nèi)流體比劇烈的湍流區(qū)內(nèi)的流體過(guò)渡區(qū)內(nèi)流體比劇烈的湍流區(qū)內(nèi)的流體的的Re小

24、，流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度減少，層流底小，流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度減少，層流底層變厚，層變厚， 減小。減小。 4-38c流體在彎管中的對(duì)流傳熱系數(shù)流體在彎管中的對(duì)流傳熱系數(shù)先按直管計(jì)算，然后乘以校正系數(shù)先按直管計(jì)算，然后乘以校正系數(shù) f)77. 11 (Rdf式中：式中： d管徑；管徑； R彎管的曲率半徑。彎管的曲率半徑。 由于彎管處受離心力的作用，存在二次環(huán)由于彎管處受離心力的作用，存在二次環(huán)流，湍動(dòng)加劇，流，湍動(dòng)加劇， 增大。增大。4-39圖圖4-11 彎管內(nèi)流體的流動(dòng)彎管內(nèi)流體的流動(dòng)套管環(huán)隙：套管環(huán)隙： 0.81/30.53210.02()eredR Pdd式中：式中： d1、d2分別為套管分別為套

25、管內(nèi)管外徑內(nèi)管外徑或或外管內(nèi)徑外管內(nèi)徑。適用范圍：適用范圍：d2/d1=1.6517，Re=1.21042.2105d非圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流非圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流4-40e當(dāng)當(dāng)l /d 60時(shí)則為短管，由于管入口擾動(dòng)時(shí)則為短管，由于管入口擾動(dòng)增大，增大， 較大，乘上校正系數(shù)較大，乘上校正系數(shù) f 。117 . 0ldf4-412圓形直管內(nèi)的層圓形直管內(nèi)的層 流流特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1）物性特別是粘度受管內(nèi)溫度不均勻性的影響，）物性特別是粘度受管內(nèi)溫度不均勻性的影響，導(dǎo)致速度分布受熱流方向影響。導(dǎo)致速度分布受熱流方向影響。 2）層流的對(duì)流傳熱系數(shù)受自然對(duì)流影響嚴(yán)重使）層流的對(duì)流傳熱系數(shù)受自然對(duì)流影響嚴(yán)重使

26、得對(duì)流傳熱系數(shù)提高。得對(duì)流傳熱系數(shù)提高。 3）層流要求的進(jìn)口段長(zhǎng)度長(zhǎng)，實(shí)際進(jìn)口段小時(shí)，）層流要求的進(jìn)口段長(zhǎng)度長(zhǎng)，實(shí)際進(jìn)口段小時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)提高。對(duì)流傳熱系數(shù)提高。 圖圖4-12熱流方向?qū)恿魉俣鹊挠绊憻崃鞣较驅(qū)恿魉俣鹊挠绊懀?）Gr25000時(shí)，自然對(duì)流影響小可忽略時(shí)，自然對(duì)流影響小可忽略 14. 03/1)()Pr(Re86. 1wldNu適用范圍：適用范圍：Re60 定性溫度、特征尺寸取法與前相同，定性溫度、特征尺寸取法與前相同， w按壁溫確定，工程上可近似處理為：按壁溫確定，工程上可近似處理為：4-42對(duì)于液體，加熱時(shí)：對(duì)于液體，加熱時(shí)： 05. 1)(14. 0w冷卻時(shí)：冷卻時(shí)：

27、95. 0)(14. 0w4-434-44 在換熱器設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免在強(qiáng)制層流在換熱器設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免在強(qiáng)制層流條件下進(jìn)行傳熱，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)小，條件下進(jìn)行傳熱，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)小，從而使總傳熱系數(shù)也很小。從而使總傳熱系數(shù)也很小。)01501 (8031/Gr.f（2）Gr25000時(shí)，自然對(duì)流的影響不能忽略時(shí)，時(shí)，自然對(duì)流的影響不能忽略時(shí)，乘以校正系數(shù)乘以校正系數(shù) 4-45例 、 套 管 換 熱 器 外 管 內(nèi) 徑例 、 套 管 換 熱 器 外 管 內(nèi) 徑 6 0 m m ， 內(nèi) 管 規(guī) 格， 內(nèi) 管 規(guī) 格383.0mm，用水將為，用水將為2500kg/h的某液體有機(jī)物從的某

28、液體有機(jī)物從100冷卻至冷卻至40，水走管內(nèi)，有機(jī)物走環(huán)隙，逆流，水走管內(nèi)，有機(jī)物走環(huán)隙，逆流流動(dòng)，操作溫度下，有機(jī)物密度流動(dòng)，操作溫度下，有機(jī)物密度860kg/m3, 粘度粘度2.810-3Ns/m2，比熱，比熱2.26kJ/(kg)，導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)0.452W/(m), 水的進(jìn)、出口溫度分別為水的進(jìn)、出口溫度分別為15和和45，熱損失忽略不計(jì)。試求：熱損失忽略不計(jì)。試求：(1)水對(duì)管內(nèi)壁的給熱系數(shù)；水對(duì)管內(nèi)壁的給熱系數(shù)；(2)有機(jī)溶液對(duì)管外壁的有機(jī)溶液對(duì)管外壁的給熱系數(shù)；給熱系數(shù)；(3)若將水流量增加若將水流量增加20%，其他條件不變，其他條件不變，重求水對(duì)管內(nèi)壁的給熱系數(shù)。重求水對(duì)管

29、內(nèi)壁的給熱系數(shù)。解：解： 水的定性溫度：水的定性溫度：t3024515查得：查得： 2=995.7kg/m3； 2=0.0008Ns/m2；=0.618W/(mK)；Cp2=4.174kJ/ kgK)；根據(jù)熱量衡算式求得水流量：根據(jù)熱量衡算式求得水流量：111222122500 36002.26100400.7524.17445 15ppWCTTWCttkg管內(nèi)流速：管內(nèi)流速：smdWu/087. 1032. 0785. 07 .995/752. 04/2222242221033. 40008. 07 .995087. 1032. 0Redu1114.174 0.0008Pr5.4030.61

30、8pC40.40.0230.0234.33 105.403231.2NuRe Pr水側(cè)給熱系數(shù)：水側(cè)給熱系數(shù)：220.618231.24465/()0.032NuWm Kd111222122/ 42500/(3600 860)0.514/0.0600.04/ 4Wuddm s 套管環(huán)隙當(dāng)量直徑：套管環(huán)隙當(dāng)量直徑：環(huán)隙流速：環(huán)隙流速：de=d2-d1=0.060-0.04=0.02mm222Pr4.174 1000 0.00085.4030.618pC?1000010158. 30028. 0860514. 002. 0Re3111ude(過(guò)渡流過(guò)渡流)根據(jù)過(guò)渡流給熱系數(shù)的計(jì)算

31、方法，有根據(jù)過(guò)渡流給熱系數(shù)的計(jì)算方法，有40.30.0230.0233.158 101432NuRePr210.45232723/()0.02NuWmKde699. 0)10158. 3(1061Re10618 . 1358 . 15f故得溶液側(cè)給熱系數(shù)：故得溶液側(cè)給熱系數(shù)：20.699 723433.4/() fWmK 水流量增加后的給熱系數(shù)水流量增加后的給熱系數(shù)0.80.824465 1.25166/()WWWmK二、流體在管外的強(qiáng)制對(duì)流二、流體在管外的強(qiáng)制對(duì)流流體可垂直流過(guò)單管和管束兩種情況。流體可垂直流過(guò)單管和管束兩種情況。 由于工業(yè)中所用的換熱器多為流體垂直流過(guò)由于

32、工業(yè)中所用的換熱器多為流體垂直流過(guò)管束，由于管間的相互影響，其流動(dòng)的特性及管束，由于管間的相互影響，其流動(dòng)的特性及傳熱過(guò)程均較單管復(fù)雜得多。傳熱過(guò)程均較單管復(fù)雜得多。 故在此僅介紹后一種情況的對(duì)流傳熱系數(shù)故在此僅介紹后一種情況的對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算。的計(jì)算。各排管各排管 的變化規(guī)律：的變化規(guī)律： 第一排管，直列和錯(cuò)列基本相同；第一排管，直列和錯(cuò)列基本相同； 第二排管，直列和錯(cuò)列相差較大；第二排管，直列和錯(cuò)列相差較大； 第三排管以后（直列第二排管以后），基本恒定；第三排管以后（直列第二排管以后），基本恒定； 從圖中可以看出，錯(cuò)列傳熱效果比直列好。從圖中可以看出，錯(cuò)列傳熱效果比直列好。 流體垂直流過(guò)

33、管束時(shí)，管束的排列情況可流體垂直流過(guò)管束時(shí)，管束的排列情況可以有直列和錯(cuò)列兩種。以有直列和錯(cuò)列兩種。1. 流體在管束外垂直流過(guò)流體在管束外垂直流過(guò)圖圖4-13 直列和錯(cuò)列管束直列和錯(cuò)列管束4 . 0PrRenCNu單列的對(duì)流傳熱系數(shù)用下式計(jì)算單列的對(duì)流傳熱系數(shù)用下式計(jì)算適用范圍：適用范圍：5000Re膜 凝液潤(rùn)濕壁面的能力取決于其表面張力和凝液潤(rùn)濕壁面的能力取決于其表面張力和對(duì)壁面的附著力大小。對(duì)壁面的附著力大小。 膜狀冷凝：若冷凝液能潤(rùn)濕壁面，形成一層膜狀冷凝：若冷凝液能潤(rùn)濕壁面，形成一層 完整的液膜布滿(mǎn)液面并連續(xù)向下完整的液膜布滿(mǎn)液面并連續(xù)向下 流動(dòng)。流動(dòng)。 若附著力大于表面張力則會(huì)形成膜

34、狀冷凝，若附著力大于表面張力則會(huì)形成膜狀冷凝，反之，則形成滴狀冷凝。反之，則形成滴狀冷凝。 通常滴狀冷凝時(shí)蒸汽不必通過(guò)液膜傳熱，可通常滴狀冷凝時(shí)蒸汽不必通過(guò)液膜傳熱，可直接在傳熱面上冷凝，其對(duì)流傳熱系數(shù)比膜狀冷直接在傳熱面上冷凝，其對(duì)流傳熱系數(shù)比膜狀冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)大凝的對(duì)流傳熱系數(shù)大510倍倍。 滴狀冷凝難于控制，工業(yè)上大多是膜狀冷凝。滴狀冷凝難于控制，工業(yè)上大多是膜狀冷凝。圖圖4-16 蒸汽冷凝蒸汽冷凝2蒸汽在水平管外冷凝蒸汽在水平管外冷凝計(jì)算公式：計(jì)算公式： 413/232725.0tlngrr汽化潛熱（汽化潛熱（ts下），下），kJ/kg。式中：式中： n水平管束在垂直列上的管子數(shù)；

35、水平管束在垂直列上的管子數(shù)； 冷凝液的密度，冷凝液的密度，kg/m3； 冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)，冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.K）；）； 冷凝液的粘度，冷凝液的粘度，Pa.s。4-55特性尺寸特性尺寸l ：管外徑：管外徑 do 定性溫度：定性溫度：2sWttt膜溫（）用膜溫查冷凝液的物性用膜溫查冷凝液的物性 、 和和 ； 潛熱潛熱 r 用飽和溫度用飽和溫度 ts 查；查； 此時(shí)認(rèn)為主體無(wú)熱阻，熱阻集中在液膜中。此時(shí)認(rèn)為主體無(wú)熱阻，熱阻集中在液膜中。4-563在豎直板或豎直管外的冷凝在豎直板或豎直管外的冷凝 當(dāng)蒸汽在垂直管或板上冷凝時(shí)，冷凝液沿壁當(dāng)蒸汽在垂直管或板上冷凝時(shí)，冷凝液沿壁面向下流動(dòng)，同時(shí)由于

36、蒸汽不斷在液膜表面冷凝，面向下流動(dòng)，同時(shí)由于蒸汽不斷在液膜表面冷凝，新的冷凝液不斷加入，形成一個(gè)流量逐漸增加的新的冷凝液不斷加入，形成一個(gè)流量逐漸增加的液膜流，相應(yīng)于液膜厚度加大，上部分為層流，液膜流，相應(yīng)于液膜厚度加大，上部分為層流，當(dāng)板或管足夠高時(shí)，下部分可能發(fā)展為湍流。當(dāng)板或管足夠高時(shí)，下部分可能發(fā)展為湍流。 對(duì)于冷凝液來(lái)說(shuō)，臨界對(duì)于冷凝液來(lái)說(shuō)，臨界Re =2100。如圖所示，從頂向底流動(dòng)時(shí)，液膜如圖所示，從頂向底流動(dòng)時(shí)，液膜，； 當(dāng)當(dāng)H一定高時(shí)，流動(dòng)從層流過(guò)渡到湍流時(shí)，一定高時(shí)，流動(dòng)從層流過(guò)渡到湍流時(shí)，Re ，層流底層，層流底層 ， 。圖圖4-17 蒸汽在垂直壁面上的冷凝蒸汽在垂直壁面

37、上的冷凝udeRe介紹介紹 de 的計(jì)算方法。的計(jì)算方法。 bSde4MSGbSbSuude4)(4()4(Re4-594-584-57式中：式中： S冷凝液流過(guò)的截面積，冷凝液流過(guò)的截面積，m2；M單位長(zhǎng)度潤(rùn)濕周邊上冷凝液的質(zhì)量單位長(zhǎng)度潤(rùn)濕周邊上冷凝液的質(zhì)量 流量，流量，kg/s.m。SGubGM/,/b潤(rùn)濕周邊，潤(rùn)濕周邊，m；G冷凝液的質(zhì)量流量，冷凝液的質(zhì)量流量，kg/s；4-60（1）層流時(shí)）層流時(shí) 的計(jì)算式的計(jì)算式4/13213. 1tlgr適用范圍：適用范圍：Re 1800定性溫度：膜溫定性溫度：膜溫特征尺寸特征尺寸l：管高或板高：管高或板高H注：注：Re是指板或管最低處的值（此時(shí)是

38、指板或管最低處的值（此時(shí)Re為最大）為最大）4-624冷凝傳熱的影響因素和強(qiáng)化措施冷凝傳熱的影響因素和強(qiáng)化措施 對(duì)于純的飽和蒸汽冷凝時(shí)，熱阻主要集中對(duì)于純的飽和蒸汽冷凝時(shí)，熱阻主要集中在冷凝液膜內(nèi)，液膜的厚度及其流動(dòng)狀況是影在冷凝液膜內(nèi)，液膜的厚度及其流動(dòng)狀況是影響冷凝傳熱的關(guān)鍵。響冷凝傳熱的關(guān)鍵。 影響液膜狀況的所有因素都將影響到冷凝影響液膜狀況的所有因素都將影響到冷凝傳熱。傳熱。（1）流體物性的影響）流體物性的影響 冷凝液冷凝液 ，則液膜厚度越小，則液膜厚度越小 ；冷；冷凝液凝液 。 冷凝潛熱冷凝潛熱r ，同樣的熱負(fù)荷，同樣的熱負(fù)荷Q下冷凝液下冷凝液量小，則液膜厚度越小量小，則液膜厚度越小

39、 。 以上的分析與前面講的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式一致。以上的分析與前面講的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式一致。 在所有的物質(zhì)中以水蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)在所有的物質(zhì)中以水蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)最大，一般為最大，一般為104/（m2.K）左右，而某些有機(jī)）左右，而某些有機(jī)物蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)可低至物蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)可低至103W/（m2.K）以下。以下。（2）溫度差影響）溫度差影響 當(dāng)液膜作層流流動(dòng)時(shí)，當(dāng)液膜作層流流動(dòng)時(shí)， t = tstW ， t ，則，則蒸汽冷凝速率加大，液膜增厚蒸汽冷凝速率加大，液膜增厚 , 。（3）不凝氣體的影響）不凝氣體的影響 當(dāng)蒸汽冷凝時(shí)，不凝氣體會(huì)在液膜表面濃當(dāng)蒸汽冷凝時(shí)，不凝氣體會(huì)在液膜表面濃集形成氣

40、膜。集形成氣膜。 在實(shí)際的工業(yè)冷凝器中，由于蒸汽中常含在實(shí)際的工業(yè)冷凝器中，由于蒸汽中常含有微量的不凝性氣體，如空氣。有微量的不凝性氣體，如空氣。 冷凝蒸汽到達(dá)液膜表面冷凝前，必須先以冷凝蒸汽到達(dá)液膜表面冷凝前，必須先以擴(kuò)散的方式通過(guò)這層氣膜。擴(kuò)散的方式通過(guò)這層氣膜。 這相當(dāng)于額外附加了一熱阻，而且由于氣這相當(dāng)于額外附加了一熱阻，而且由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)體的導(dǎo)熱系數(shù) 小，使蒸汽冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)小，使蒸汽冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)大大下降。大大下降。 實(shí)驗(yàn)可證明：當(dāng)蒸汽中含空氣量達(dá)實(shí)驗(yàn)可證明：當(dāng)蒸汽中含空氣量達(dá)1%時(shí)，時(shí)， 下降下降60%左右。左右。 在冷凝器的設(shè)計(jì)中，在高處安裝氣體排放口；在冷凝器的設(shè)

41、計(jì)中，在高處安裝氣體排放口； 操作時(shí)，定期排放不凝氣體，減少不凝氣體操作時(shí)，定期排放不凝氣體，減少不凝氣體對(duì)對(duì) 的影響。的影響。（4）蒸汽流速與流向的影響）蒸汽流速與流向的影響 前面介紹的公式只適用于蒸汽靜止或流前面介紹的公式只適用于蒸汽靜止或流速不大的情況。速不大的情況。 蒸汽的流速對(duì)蒸汽的流速對(duì) 有較大的影響，蒸汽流有較大的影響，蒸汽流速較小速較小u10m/s時(shí)，還要考慮蒸汽與液時(shí)，還要考慮蒸汽與液膜之間的摩擦作用力。膜之間的摩擦作用力。 蒸汽與液膜流向相同時(shí)，會(huì)加速液膜流蒸汽與液膜流向相同時(shí)，會(huì)加速液膜流動(dòng)，使液膜變薄動(dòng)，使液膜變薄 , ； 蒸汽與液膜流向相反時(shí)，會(huì)阻礙液膜流蒸汽與液膜流

42、向相反時(shí)，會(huì)阻礙液膜流動(dòng)，使液膜變厚動(dòng)，使液膜變厚 , ； 但但u 時(shí)，會(huì)吹散液膜，時(shí)，會(huì)吹散液膜， 。 一般冷凝器設(shè)計(jì)時(shí)，蒸汽入口在其上部，一般冷凝器設(shè)計(jì)時(shí)，蒸汽入口在其上部，此時(shí)蒸汽與液膜流向相同，有利于此時(shí)蒸汽與液膜流向相同，有利于。（5）蒸汽過(guò)熱的影響）蒸汽過(guò)熱的影響 蒸汽溫度高于操作壓強(qiáng)下的飽和溫度時(shí)稱(chēng)為蒸汽溫度高于操作壓強(qiáng)下的飽和溫度時(shí)稱(chēng)為過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽。 過(guò)熱蒸汽與比其飽和溫度高的壁面接觸過(guò)熱蒸汽與比其飽和溫度高的壁面接觸（tW ts ），壁面無(wú)冷凝現(xiàn)象，此時(shí)為無(wú)相變的），壁面無(wú)冷凝現(xiàn)象，此時(shí)為無(wú)相變的對(duì)流傳熱過(guò)程。對(duì)流傳熱過(guò)程。 過(guò)熱蒸汽與比其飽和溫度低的壁面接觸過(guò)熱蒸汽與

43、比其飽和溫度低的壁面接觸（tW ts ），由兩個(gè)串聯(lián)的傳熱過(guò)程組成：），由兩個(gè)串聯(lián)的傳熱過(guò)程組成：冷冷卻和冷凝。卻和冷凝。 整個(gè)過(guò)程是過(guò)熱蒸汽首先在氣相下冷卻整個(gè)過(guò)程是過(guò)熱蒸汽首先在氣相下冷卻到飽和溫度，然后在液膜表面繼續(xù)冷凝，冷到飽和溫度，然后在液膜表面繼續(xù)冷凝，冷凝的推動(dòng)力仍為凝的推動(dòng)力仍為 t = ts tW。 一般過(guò)熱蒸汽的冷凝過(guò)程可按飽和蒸汽冷一般過(guò)熱蒸汽的冷凝過(guò)程可按飽和蒸汽冷凝來(lái)處理，所以前面的公式仍適用。凝來(lái)處理，所以前面的公式仍適用。 但此時(shí)應(yīng)把顯熱和潛熱都考慮進(jìn)來(lái)：但此時(shí)應(yīng)把顯熱和潛熱都考慮進(jìn)來(lái)： rttcrsvp)(r、tv 為過(guò)熱蒸汽的比熱和溫度。為過(guò)熱蒸汽的比熱和溫度

44、。 4-63 工業(yè)中過(guò)熱蒸汽顯熱增加較小，可近似工業(yè)中過(guò)熱蒸汽顯熱增加較小，可近似用飽和蒸汽計(jì)算。用飽和蒸汽計(jì)算。（6）冷凝面的高度及布置方式）冷凝面的高度及布置方式以減薄壁面上的液膜厚度為目的。以減薄壁面上的液膜厚度為目的。（7）強(qiáng)化傳熱措施）強(qiáng)化傳熱措施對(duì)于純蒸汽冷凝，恒壓下對(duì)于純蒸汽冷凝，恒壓下 ts 為一定值。為一定值。 即在氣相主體內(nèi)無(wú)溫差也無(wú)熱阻，即在氣相主體內(nèi)無(wú)溫差也無(wú)熱阻， 的大的大小主要取決于液膜的厚度及冷凝液的物性。小主要取決于液膜的厚度及冷凝液的物性。 在流體一定的情況下，一切能使液膜變薄的在流體一定的情況下，一切能使液膜變薄的措施將強(qiáng)化冷凝傳熱過(guò)程。措施將強(qiáng)化冷凝傳熱過(guò)

45、程。 減小液膜厚度最直接的方法是從冷凝壁面減小液膜厚度最直接的方法是從冷凝壁面的高度和布置方式入手。的高度和布置方式入手。 如在垂直壁面上開(kāi)縱向溝槽，以減薄壁面如在垂直壁面上開(kāi)縱向溝槽，以減薄壁面上的液膜厚度。上的液膜厚度。 還可在壁面上安裝金屬絲或翅片，使冷凝液還可在壁面上安裝金屬絲或翅片，使冷凝液在表面張力的作用下，流向金屬絲或翅片附近集在表面張力的作用下，流向金屬絲或翅片附近集中，從而使壁面上的液膜減??；使冷凝傳熱系數(shù)中，從而使壁面上的液膜減??；使冷凝傳熱系數(shù)得到提高。得到提高。二、液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)二、液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)液體加熱時(shí)，液體內(nèi)部伴有液相變?yōu)闅鈱?duì)液體加熱時(shí)，液

46、體內(nèi)部伴有液相變?yōu)闅庀喈a(chǎn)生汽泡的過(guò)程稱(chēng)為沸騰。相產(chǎn)生汽泡的過(guò)程稱(chēng)為沸騰。按設(shè)備的尺寸和形狀可分為：按設(shè)備的尺寸和形狀可分為： 大容器沸騰：加熱壁面浸入液體，液體被加熱而大容器沸騰：加熱壁面浸入液體，液體被加熱而 引起的無(wú)強(qiáng)制對(duì)流的沸騰現(xiàn)象。引起的無(wú)強(qiáng)制對(duì)流的沸騰現(xiàn)象。管內(nèi)沸騰：在一定壓差下流體在流動(dòng)過(guò)程中受熱管內(nèi)沸騰：在一定壓差下流體在流動(dòng)過(guò)程中受熱 沸騰（強(qiáng)制對(duì)流）；沸騰（強(qiáng)制對(duì)流）； 此時(shí)液體流速對(duì)沸騰過(guò)程有影響，而且加此時(shí)液體流速對(duì)沸騰過(guò)程有影響，而且加熱面上氣泡不能自由上浮，被迫隨流體一起熱面上氣泡不能自由上浮，被迫隨流體一起流動(dòng)，出現(xiàn)了復(fù)雜的氣液兩相的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。流動(dòng)，出現(xiàn)了復(fù)雜的氣液

47、兩相的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。 工業(yè)上有再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等都工業(yè)上有再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等都是通過(guò)沸騰傳熱來(lái)產(chǎn)生蒸汽。是通過(guò)沸騰傳熱來(lái)產(chǎn)生蒸汽。 管內(nèi)沸騰的傳熱機(jī)理比大容器沸騰更為復(fù)雜。管內(nèi)沸騰的傳熱機(jī)理比大容器沸騰更為復(fù)雜。 本節(jié)僅討論大容器的沸騰傳熱過(guò)程。本節(jié)僅討論大容器的沸騰傳熱過(guò)程。 氣泡的生成和過(guò)熱度氣泡的生成和過(guò)熱度 由于表面張力的作用，要求氣泡內(nèi)的蒸氣由于表面張力的作用，要求氣泡內(nèi)的蒸氣壓力大于液體的壓力。壓力大于液體的壓力。 氣泡生成和長(zhǎng)大都需要從周?chē)后w中吸收氣泡生成和長(zhǎng)大都需要從周?chē)后w中吸收熱量，要求壓力較低的液相溫度高于汽相的溫?zé)崃?，要求壓力較低的液相溫度高于汽相的溫度，

48、故液體必須過(guò)熱，度，故液體必須過(guò)熱，即液體的溫度必須高于即液體的溫度必須高于氣泡內(nèi)壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度。氣泡內(nèi)壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度。 在液相中緊貼加熱面的液體具有最大的過(guò)熱度。在液相中緊貼加熱面的液體具有最大的過(guò)熱度。 液體的過(guò)熱是新相液體的過(guò)熱是新相小氣泡生成的必要條件。小氣泡生成的必要條件。粗糙表面的氣化核心粗糙表面的氣化核心開(kāi)始形成氣泡時(shí)，氣泡內(nèi)的壓力必須無(wú)窮大。開(kāi)始形成氣泡時(shí)，氣泡內(nèi)的壓力必須無(wú)窮大。 這種情況顯然是不存在的，因此純凈的液這種情況顯然是不存在的，因此純凈的液體在絕對(duì)光滑的加熱面上不可能產(chǎn)生氣泡。體在絕對(duì)光滑的加熱面上不可能產(chǎn)生氣泡。 氣泡只能在粗糙加熱面的若干點(diǎn)上產(chǎn)生，

49、氣泡只能在粗糙加熱面的若干點(diǎn)上產(chǎn)生，這種點(diǎn)稱(chēng)為氣化核心。這種點(diǎn)稱(chēng)為氣化核心。無(wú)氣化核心則氣泡不會(huì)產(chǎn)生。無(wú)氣化核心則氣泡不會(huì)產(chǎn)生。 過(guò)熱度增大，氣化核心數(shù)增多。過(guò)熱度增大，氣化核心數(shù)增多。 氣化核心是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它與表面氣化核心是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它與表面粗糙程度、氧化情況、材料的性質(zhì)及其不均粗糙程度、氧化情況、材料的性質(zhì)及其不均勻性質(zhì)等多種因素有關(guān)。勻性質(zhì)等多種因素有關(guān)。 2沸騰曲線(xiàn)沸騰曲線(xiàn)圖圖4-18 液體沸騰曲線(xiàn)液體沸騰曲線(xiàn)ABCD 如圖所示，以常壓水在大容器內(nèi)沸騰為例，如圖所示，以常壓水在大容器內(nèi)沸騰為例，說(shuō)明說(shuō)明 t對(duì)的對(duì)的 影響。影響。（1）AB段，段， t = tWts ， t很

50、小時(shí)，僅在加熱面很小時(shí)，僅在加熱面有少量汽化核心形成汽泡，長(zhǎng)大速度慢，所以加熱有少量汽化核心形成汽泡，長(zhǎng)大速度慢，所以加熱面與液體之間主要以自然對(duì)流為主。面與液體之間主要以自然對(duì)流為主。 t t 5 C時(shí)，汽化核心數(shù)時(shí)，汽化核心數(shù)目增大，汽泡長(zhǎng)大速度增快，對(duì)液體擾動(dòng)增目增大，汽泡長(zhǎng)大速度增快，對(duì)液體擾動(dòng)增強(qiáng)，對(duì)流傳熱系數(shù)增加，由汽化核心產(chǎn)生的強(qiáng)，對(duì)流傳熱系數(shù)增加，由汽化核心產(chǎn)生的氣泡對(duì)傳熱起主導(dǎo)作用，此時(shí)為核狀沸騰。氣泡對(duì)傳熱起主導(dǎo)作用，此時(shí)為核狀沸騰。（3）CD段，段， t 25 C進(jìn)一步增大到一定數(shù)值，進(jìn)一步增大到一定數(shù)值，加熱面上的汽化核心大大增加，以至氣泡產(chǎn)生加熱面上的汽化核心大大增加，以至氣泡產(chǎn)生的速度大于脫離壁面的速度，氣泡相連形成氣的速度大于脫離壁面的速度，氣泡相連形成氣膜，將加熱面與液