(化工原理谭天恩第五章

1、第四节第四节 给热系数给热系数 一、影响给热系数一、影响给热系数的因素的因素1、引起流动的原因（自然对流、强制对流）、引起流动的原因（自然对流、强制对流）自然对流：自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：强制对流：由于外力和压差而引起的流动。自强，cp2、流体的物性、流体的物性层湍形状：如管、板、管束等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束走正四方形和三角形排 列）；管或板是垂直放置还是水平放置。无相变相变3、流动形态、流动形态层流和湍流层流和湍流4、传热面的形状，大小和位置、传热面的形状，大小和位置5、是否发生相变、是否发生相变蒸汽冷凝、液体沸腾蒸汽冷凝、液体沸

2、腾),(tgclufp二、给热系数经验关联式的建立二、给热系数经验关联式的建立式中l特性尺寸； u特征流速。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度总变量数：8个由定律：8-4=4，可知有4个无因次数群。gnmGrCNuPrRe1、因此分析、因此分析lNu luRepcPr223tlgGrgnpmtlgcluCl)()()(223努塞尔特准数，待定准数 雷诺准数，流动形态对对流传热的影响普兰特准数，流体物性对对流传热的影响格拉斯霍夫准数，自然对流对对流传热的影响gnmGrCNuPrRe各项准数的意义nmCNuPrRemCnNuRelgPrlglg以强制湍流为例：CmNunlgRelgPr/lg（

3、1）固定）固定Re，采用不同，采用不同Pr的流体的流体双对数坐标系得一直线，斜率为n（2）不同）不同Pr的流体在不同的的流体在不同的Re下双对数坐标系中得一直线斜率为m，截距为C2、实验安排及结果整理、实验安排及结果整理nmn221tttam、（1）确定物性参数数值的温度称为定性温度）确定物性参数数值的温度称为定性温度定性温度的取法：2mwttb、膜温（2）特性尺寸）特性尺寸取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。（3）准数关联式的使用范围）准数关联式的使用范围3、定性温度、特性尺寸的确定、定性温度、特性尺寸的确定nNuPrRe023. 08 . 0npcdud)()(023. 08 . 0三

4、、无相变时给热系数的经验关联式三、无相变时给热系数的经验关联式1.圆形直管内的强制湍流圆形直管内的强制湍流50/2160Pr6 . 010000RedlsmPa?适用范围：（一）流体在圆形直管内做强制对流（一）流体在圆形直管内做强制对流（5-63）第四节第四节 给热系数给热系数 221tttm注意事项：注意事项：定性温度取特征尺寸为管内径 d流体被加热时，n=0.4；被冷却时，n=0.3。对于气体都取n=0.4。npcdud)()(023. 08 . 0（5-63）8 . 0Re02. 0Nu对于空气或双原子气体，Pr0.7。式（5-63）可简化为：（5-63b）对于短管，当l/d50时，式（

5、5-63）算出的乘校正系数f7 . 01ldf或按书中图5-25 管长校正系数确定14. 033. 08 . 0)(PrRe027. 0wNu当壁温与流体主体温差较大时Re10000，0.6Pr160，l/d50定性温度取tm；w为取壁温下流体的粘度（5-64）2.圆形管内的强制层流圆形管内的强制层流特点：特点：物性特别是粘度受管内温度不均匀性的影响，导 致速度分布受热流方向的影响。层流的给热系数受自然对流影响严重,使得 给热系数提高。（例 5-14）14. 031)()Pr(Re86. 1wldNu25000Gr10)Pr(Reld6700Pr6 . 02300Re25000Gr当)015.

6、 01 (8 . 031Grf适用范围：（5-65）（5-66）（5-65）式右端乘校正系数8 . 152Re1061f3.圆形直管中的过渡区范围圆形直管中的过渡区范围当（2000Re10000）时，可用式（5-63）算出值，然后再乘校正系数f2（5-67）Rd77. 114.弯曲管道内弯曲管道内（5-68）5.非圆形直管强制湍流非圆形直管强制湍流l当量直径法318 . 053. 012PrRe)(02. 0ddde对于套管环隙，有专用的关联式（5-66）,22000012000Re1765. 1/12dd例题5-15例题5-16（一）流体在圆形直管内做强制对流（一）流体在圆形直管内做强制对流

7、1.流体在管束外垂直流过流体在管束外垂直流过（二）流体在管外强制对流（二）流体在管外强制对流第四节第四节 给热系数给热系数 在换热器内单排管4 . 021PrRenCCNu 式中常数C1，C2和指数n可以在表5-11中查到直列错列 d s2 s1 d s2 s1 错列直列iiiAA整个管束：221tttm定性温度：70000Re5000适用范围：52 . 11dx52 . 12dx定性尺寸：管的外径d02.流体在列管式换热器壳程的流动流体在列管式换热器壳程的流动1 2 3 3 6 6 5 445 714. 03155. 0PrRe36. 0WNu221tttm当管外装有割去25%直径的圆缺形折

8、流挡板时：定性尺寸：定性尺寸：当量直径de定性温度：定性温度：（5-72）可由图5-30计算。当Re=2（103106）时，亦可用下式计算)1 (0maxtdhDS0202)785. 0(4ddtde正方形排列：流速按流通截面最大处的截面计算：0202)785. 023(4ddtde正三角形排列：（三）提高对流传热系数的途径（三）提高对流传热系数的途径因为湍流时对流传热系数总数大于层流时对流传热系 数，因此应设法使流体湍流流动。流体在管内湍流，或在管外平行于管束而湍流流动时：4 . 08 . 0PrRe023. 0Nu2 . 08 . 04 . 06 . 04 . 08 . 0023. 0ducp结论：结论：要增加对流传热系数增加流速比减小管径效果更好。在管外设置折流挡板的情况下，流体在管外湍流流动时：14. 03155.