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时间:2018-11-01
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1、无相变对流传热①圆形直管内湍流表面传热系数 a.一般流体 或 n=0.4流体被加热 n=0.3流体被冷却 定性温度 适用范围 注意:分析湍流条件下的表面传热系数与u,di,粘度,密度的关系。 b.粘度较大的流体 一般情况下,应考虑粘度变化的影响,使用下式 液体被加热 液体被冷却适用条件: 定性温度:进出口平均温度 定型尺寸:管内径。 c.流体流过短管 若则为短管,处于进口段,表面传热系数较大。采用以上各式计算,并加以校正: ②圆形直管内过渡流时表面传热系数
2、 过渡流 采用湍流公式,但需加以校正。 ③圆形直管内层流条件下的表面传热系数 特点:1)进口段的管长所占比例较大 2)热流方向不同,也会影响。 3)自然对流的影响有时不可忽略。 计算式: 适用条件: 定性温度: 流体进出口温度的算术平均值 定型尺寸:管内径di如果需要考虑自然对流对表面传热系数影响的话,计算出的表面传热系数必须乘以自然对流的影响的修正系数f,即可求表面传热系数④弯管内强制对流时的表面传热系数特点:离心力的作用,压力不均匀,产生二次环流,结果使 计算式:
3、 式中: α----直管内的表面传热系数; R-----管子的曲率半径。⑤非圆形管内强制对流的表面传热系数 采用圆形管内相应的公式计算,但特征尺寸采用当量直径。 当量直径: 4倍流通截面/润湿周边长度但只是一种近似算法,最好采用经验公式和专用式。例题4.4.1例题4.4.2(2)管外强制对流传热 a.流体橫向流过单管 如图1所示,当流体垂直流过单根圆管外表面时,由于流体沿圆柱周长(或方位角Φ)各点的流动情况不同,因而各点的局部表面传热系数αΦ或局部努塞尔特数NuΦ亦随之而异。如果流体的初始状态不同,则流体流经各点的情况也随之变化
4、,从而导致圆管沿圆周方向上局部αΦ或NuΦ分布也相应变化,如图2所示。 从图2中的NuΦ分布曲线可见,流体横向流过单管时,其前半周和后半周的情况完全不同。在管子的前半周,与流体流过平壁时的情况大体相仿,从驻点(Φ=0)处开始,随Φ值的增加,边界层逐渐增厚,引起NuΦ逐渐下降。 1)低雷诺数时,70800~1013000 ,层流边界层厚度增大,使 ,边界层分离,,有一个最低点。 2)高雷诺数时,140000~219000 有两个最低点: 第一个最低点,层流边界层湍流边界层; 第二个最低点,边界分离,分离点图1b.流体横向流过管束
5、在化工生产中大量遇到的是流体横向流过管束的传热设备,由于管间的相互影响,其流动的特性及传热过程均较单管复杂得多。 1)管束的排列方式直列,错列。如图1所示 2)各排管的变化规律 第一排管,直列和错列基本相同; 第二排管,直列和错列相差较大; 第三排管以后(直列第二排管以后),基本恒定; 从图2中可以看出,错列传热效果比直列好。 3)表面传热系数的计算方法 任意一排管子: 其中C、和n取决于排列方式和管排数,具体取值。 平均 式中: αi--第i排的平均表面传热系数,W/(.℃); Ai--第i排总的
6、传热面积,。 (a)直列 (b)错列 图1图2 直列(a)和错列(b)管束中,不同排数的圆管上局部沿周向的变化(,空气)c.流体在管壳间的传热 1)列管式换热器的结构和流动特性 特点:由于装有不同形式的折流挡板(如图1所示),流动方向不断改变,在较小的下(=100)即可达到湍流。装有圆缺形折流挡板的列管式换热器如图2所示。 2)表面传热系数的计算: 或 适用条件: 定性温度: 定型尺寸:当量直径(见图3) 对正方形排列 对三角形排列 式中: t-
7、---相邻两管的中心距,; d0----,管外径,m。 流速按最大流通截面,(最小流速)计算: 式中:B----两挡板间的距离,m。 D----换热器的外壳内径,m。折流板:弓形,弓形高度25%D,若不是25%,则应做适当调整,见有关手册。 图1圆缺折流挡板 图2装有圆形折流挡板的列管换热器 (a)正方形 (b)正三角形 图3管子的排列圆缺折流挡板动画装有圆形折流挡板的列管换热器动画(3)自然对流 自然对流:温度差导致质量力分布不均,引起的流动。 分类:大空间自然
8、对流传热,边界层发展不受限制和干扰。 有限空
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