无相变对流传热相关计算

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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