【正文】 12211221 )()(dd ???????????????）（ ??????????Att AQttttK 021 dd1 21 AQttttKAQttttK21212112 ln1ln1 ?????????????? 即 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 AQ ttttK 2121ln1 ???????2121lnttttKAQ??????令 2121mlnttttt???????對(duì)數(shù)平均溫度差， 對(duì)逆流、并流及一側(cè)流體變溫的情況均適用，是計(jì)算 Δ tm的通式 Δt1——熱流體進(jìn)口側(cè)的傳熱溫差， ℃ ； Δt2——熱流體出口側(cè)的傳熱溫差， ℃ 。 （ 2） 若已知機(jī)油質(zhì)量流量ms1=， 定壓比熱容 cp1=3kJ/（ kg?K） ， 并流和逆流時(shí)的 K均等于 100W/（ m2?K） ， 求單位時(shí)間內(nèi)傳過相同熱量分別所需要的傳熱面積 。 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 ④ 對(duì)只有一側(cè)流體變溫的情況，則無逆流和并流之分 飽和蒸汽（熱流體）冷凝，冷流體無相變 T1 T2 t2 t1 并流 T1 T2 t2 t1 逆流 ? ? ? ?211222112211mlnlntTtTtttTtTtTtTtss???????????并? ? ? ?211212211221mlnlntTtTtttTtTtTtTtss???????????逆 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 熱流體無相變，飽和液體（冷流體）沸騰 T1 T2 t2 t1 并流 ? ? ? ?sstTtTTTtTtTtTtTt??????????212122112211mlnln并?T1 T2 t2 t1 逆流 ? ? ? ?sstTtTTTtTtTtTtTt??????????212112211221mlnln逆? 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 復(fù)雜流動(dòng) Δ tm的計(jì)算 基本概念： 管程：流體在換熱器管內(nèi)流動(dòng) 殼程：管束與換熱器殼體之間的空隙 流體通過換熱器時(shí)只流過一個(gè)管程 ， 稱為單管程；若依次流過多個(gè)管程 ， 稱為多管程；單殼程 、 多殼程的概念與之類似 ， 多殼程換熱器相當(dāng)于多臺(tái)換熱器串聯(lián) 。 對(duì)于有折流的情況 ， 平均溫度差的計(jì)算較復(fù)雜 ， 如 12折流時(shí)的溫度差的計(jì)算式： 21222112212122211221212221m)()()()()()()()(ln)()(ttTTtTtTttTTtTtTttTTt???????????????????思考 ：若圖 518中熱流體為飽和蒸汽冷凝 ， 則 （ T1= T2= T） 21122112121221121212mln)(2)(2lnlntTtTtttTtTtttttTtTtttTtTttt????????????????????? 平均溫度差 Δ tm 的計(jì)算 （ 2） 錯(cuò)流 （ 殼程裝有圓缺形檔板的流動(dòng) ） 兩流體流動(dòng)方向互相垂直 。 壁溫的計(jì)算 對(duì)于穩(wěn)定傳熱過程 mW11WWmW22 )(tKAttAtTAbTTAQ????????）（）（???熱流體側(cè)傳熱面積 冷流體側(cè)傳熱面積 平均傳熱面積 22W AQTT??? mWW AbQTt??? 11W AQtt??? 對(duì)流給熱與對(duì)流給熱系數(shù) 對(duì)流給熱系數(shù)的影響因素 （ 1） 引起流動(dòng)的原因：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流 自然對(duì)流：流體內(nèi)溫度不同 ， 導(dǎo)致密度差異 ， 熱流體上升 ， 冷流體下降 ， 由于流體溫度不同而使流體流動(dòng)的傳熱過程 ， 稱為自然對(duì)流給熱 。 α湍流 α層流 對(duì)流給熱系數(shù)的影響因素 （ 3） 流體的性質(zhì) 影響對(duì)流給熱過程的性質(zhì)主要有：比熱 、 導(dǎo)熱系數(shù) 、 粘度 、 密度等 。T 體積膨脹系數(shù) 對(duì)流給熱系數(shù)的影響因素 自然對(duì)流的強(qiáng)弱與加熱面的位置密切相關(guān) 。 ③ 實(shí)驗(yàn)法：通過實(shí)驗(yàn)來獲得不同情況下的給熱計(jì)算式 （常為關(guān)聯(lián)式或經(jīng)驗(yàn)式 ） 。 有些情況下 ， 定性溫度不一定取進(jìn)出口的平均溫度 ， 如取膜溫 （ 進(jìn)出口平均溫度與壁溫的平均值 ） ；所以要注意關(guān)聯(lián)式對(duì)定性溫度的說明和要求； ⑤ 定性尺寸（特征尺寸）根據(jù)不同傳熱面而不同，它是代表傳熱面幾何特征的長(zhǎng)度量，是直接影響對(duì)流給熱過程的幾何尺寸；如大空間內(nèi)加熱面垂直高度為定性尺寸，圓管定性尺寸為直徑，非圓管定性尺寸為當(dāng)量直徑； ⑥ Nu= f (Re,Pr, Gr)適用于無相變的對(duì)流給熱 。 流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流的 α （ 1）流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的 α ① 低粘度（粘度 2倍常溫水的粘度）的液體和氣體 nNu ?npcdud ??????????????????????? 或 流體被加熱時(shí) n= 流體被冷卻時(shí) n= 強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流給熱系數(shù) 上式的應(yīng)用范圍及條件： a、 Re104，流動(dòng)是充分湍流； b、 Pr=~160，一般流體皆可滿足； c、 μ2μ水 的液體及氣體； d、 l/d 50，即進(jìn)口段占總長(zhǎng)的很小一部分，管內(nèi)的流動(dòng)是充分發(fā)展的。 f、流體物性參數(shù)按定性溫度 tm=(t1 +t2)/2取。 被冷卻： t↓， μ↓， u↑, δb↓, α↑， n=。 ②當(dāng) Gr25000時(shí)，自然對(duì)流對(duì)強(qiáng)制層流 α的影響不能忽略，應(yīng)乘以校正系數(shù)： ???????? ?? Grf 注意：層流時(shí) α很小，從而 K也很小，因此在換熱器設(shè)計(jì)中盡量避免在層流條件下傳熱。 也可計(jì)算其他流體在環(huán)隙中作強(qiáng)制湍流時(shí)的 α。 由于各列的 α不同，可按下式求出整個(gè)管束的平均 α： ?????????321332211AAAAAA ???? 強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流給熱系數(shù) （ 3）流體在列管換熱器管間（裝有折流擋板）流過的 α a、查圖 530； b、當(dāng) Re=2023~106時(shí) W3 ???????????Nu適用條件： Ⅰ 、換熱器管間裝有割去 25%（面積）的圓缺形折流擋板； Ⅱ 、 Re=2023~106 ； Ⅲ 、 定性溫度 tm=(t1+t2)/2。 （ 5）液體在有攪拌器的容器中的對(duì)流傳熱系數(shù) α w3/1p2?????????????????????????????????dDCm容器直徑 攪拌器直徑 攪拌器轉(zhuǎn)速 攪拌雷諾數(shù) 傳熱壁面 m值 容器夾套內(nèi)壁 蛇管外壁 C值 渦輪式 平槳式 推進(jìn)式 2/3 強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流給熱系數(shù) 提高對(duì)流給熱系數(shù) α的途徑 （ 1）從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)， Re↑， α↑，應(yīng)力求使流體在換熱器中達(dá)到湍流流動(dòng)； （ 2）圓形直管時(shí)， ????????????????????? )(,不顯著，操作費(fèi)電耗投資，?????ddpuAKuuduAu 總費(fèi)用 經(jīng)常費(fèi) 投資費(fèi) 費(fèi)用 u最適宜 （ 3）列管換熱器管間加折流擋板時(shí)， ????????????? ?????,eee dduuduB，設(shè)置折流板時(shí) u或 de對(duì) α都有顯著作用 （ 4）在管內(nèi)加麻花鐵或選用螺紋管均能使湍動(dòng)程度提高， α↑，但能耗 ↑。 或 nCNu Pr)(G r,?nctlglC ???????? ????????? p232 蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流給熱系數(shù) （ 1） 蒸汽冷凝對(duì)流傳熱過程的熱阻 如果加熱介質(zhì)是飽和蒸汽 ， 當(dāng)飽和蒸汽和低于飽和溫度的壁面接觸時(shí) ， 蒸汽將放出潛熱并冷凝成液體 ， 冷凝對(duì)流傳熱過程的熱阻幾乎全部集中在冷凝液膜內(nèi) 。 蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)比冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)小得多 ， 故飽和蒸汽冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于過熱蒸汽的對(duì)流傳熱系數(shù) 。因此膜狀冷凝的熱阻較大 。 蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流給熱系數(shù) （ 3） 蒸汽冷凝時(shí)的 α ① 理論推導(dǎo) 特征尺寸 H取管長(zhǎng)或板高 ， 冷凝潛熱 r按飽和溫度取 ， 其余物性按液膜平均溫度 tm=(tw+ts)/2取 。 LMrbLrmAQt??? ???s? 313/1322??????????????g ?? ??3/1322???????????????g令冷凝準(zhǔn)數(shù) 蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流給熱系數(shù) 31232Re007 ????????????? g冷凝液膜為湍流， Re1800 rtLbrtAbrQbmM ?? ?? ???? //s??rtH ?4Re ?計(jì)算步驟： 假設(shè)為層流 計(jì)算 Re Re 1800，所求 α有效 Re 1800， 31232Re007 ????????????? g4132 ?????????tHgr????? 蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流給熱系數(shù) b、單根水平管外 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論推導(dǎo)公式所得結(jié)果基本相符 41032 ?????????tdgr?????在其它條件相同時(shí) 4/1?????????dL垂直水平??一般 Ldo， α垂直 α水平。 管內(nèi)沸騰 ：流體在一定壓差下流過加熱管發(fā)生沸騰現(xiàn)象， 沸騰過程受液體流速的影響 ， 且沸騰產(chǎn)生的氣泡無法脫離流體而隨流體一起流動(dòng) ， 形成復(fù)雜的氣液兩相流 。 液體沸騰時(shí)的對(duì)流給熱系數(shù) （ 1） 沸騰現(xiàn)象 se ttt ???過熱度 平均溫度 飽和溫度 汽泡就是在加熱面上凹凸不平的點(diǎn)上形成，這種點(diǎn)稱為 汽化核心 。 ?t5?C時(shí) ， 汽化僅發(fā)生在液體表面 ， 嚴(yán)格說還不是沸騰 ， 而是表面汽化 。?t 250?C時(shí) ， 氣膜穩(wěn)定 ， 由于加熱面溫度高 ， 熱輻射影響增大 ，對(duì)流傳熱系數(shù)增大 ， 此時(shí)為 穩(wěn)定膜狀沸騰 。 5. 5 傳熱過程的強(qiáng)化 幾種傳熱過程對(duì)流給熱系數(shù)的比較： α相變 α無相變 ， α強(qiáng)制 α自然 ， α湍流 α層流 ， α水平 α垂直 ， α錯(cuò)排 α直排 ， α滴狀 α膜狀 ， α核狀 α膜狀 由 mtKAQ ??可知主要從以下幾方面來強(qiáng)化傳熱過程： 增大傳熱面積 傳熱面增大 ， 傳熱量增大 ， 設(shè)備體積增大 ， 投資費(fèi)用增大 ， 這種方法是一種簡(jiǎn)單的強(qiáng)化傳熱方法 ， 即換一臺(tái)同樣型式但傳熱面面積大的換熱器 。因此利用提高對(duì)數(shù)平均溫度差（總傳熱推動(dòng)力）來強(qiáng)化傳熱過程的方法不方便且在傳熱推動(dòng)力中四個(gè)溫度一般只有換熱介質(zhì)的出口溫度或可以由設(shè)計(jì)者確定（經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)），且： mmm , tAtQt ????????????? 應(yīng)合理選擇；，設(shè)備投資費(fèi)，經(jīng)濟(jì)角度不合理；損?? tT 或 減小傳熱阻力，增大傳熱系數(shù) （ 1） 減小污垢熱阻的方法有： ① 停車除垢； ② 在流體中加熱阻垢