對(duì)流換熱教程ppt課件(存儲(chǔ)版)
【正文】 27 換熱計(jì)算的一般步驟換熱計(jì)算的一般步驟 對(duì)流換熱計(jì)算概述28? 管內(nèi)強(qiáng)制流動(dòng)換熱量計(jì)算公式的選用? 管內(nèi)流體與管壁之間的對(duì)流換熱系數(shù) α受多種因素的影響，比如流體的流態(tài)、流體與壁面的溫差、流體的粘度等，要通過(guò)努謝爾數(shù) Nu求出對(duì)流換熱系數(shù) α ,就必須根據(jù)適用范圍選擇出正確計(jì)算 Nu的公式。 表 22 流體橫掠單管計(jì)算式中的 C， n值 單相流體對(duì)流換熱計(jì)算37? 流體強(qiáng)制橫向流過(guò)管束? 在實(shí)際工程中，流體往往不是掠過(guò)單管，而是流過(guò)由許多管子組成的管束，例如在管式換熱設(shè)備中，管外流體一般從垂直于管軸心的方向沖刷管束。? 空間自然對(duì)流換熱主要分為兩種類(lèi)型：一類(lèi)是流體在較大空間中自然對(duì)流，因?yàn)榭臻g大，自然對(duì)流不受干擾，稱(chēng)為大空間的自然對(duì)流換熱，如室內(nèi)暖氣片與室內(nèi)空氣的換熱；另一類(lèi)是流體在封閉狹小空間內(nèi)自然對(duì)流，冷熱流體相互干擾，稱(chēng)為有限空間的自然對(duì)流換熱，如雙層玻璃窗之間空氣的對(duì)流換熱等。K)，而強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)最高值才為 104 W/(m2此時(shí)，在加熱面上產(chǎn)生的氣泡將在液體主體重新凝結(jié)，熱量的傳遞是通過(guò)這種汽化 ? 凝結(jié)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)的汽化過(guò)程主要發(fā)生在液氣交界面上，熱量主要以對(duì)流方式通過(guò)液膜，屬于液膜的對(duì)流沸騰。 圖 水平管內(nèi)沸騰過(guò)程 沸騰換熱與凝結(jié)換熱60? 影響沸騰換熱的因素? 沸騰對(duì)流換熱系數(shù)除了與液體的物理性質(zhì)參數(shù)有關(guān)外，還受到沸騰液體的潤(rùn)濕能力、導(dǎo)熱性能以及壁面材料、表面形狀等因素的影響。但當(dāng)液位降低到一定值時(shí)，沸騰對(duì)流換熱系數(shù)會(huì)明顯地隨液位的降低而升高，這一特定的液位值稱(chēng)為臨界液位。凝結(jié)換熱是伴隨相變的對(duì)流換熱。因此，液膜越厚，其熱阻越大，對(duì)流換熱系數(shù)就越小。在飽和狀態(tài)下，壓力越大，冷凝溫度就越高，與壁面換熱溫差就越大，越有利于凝結(jié)換熱。? （ 4）冷凝器壁面情況的影響? 若冷凝器凝結(jié)壁面粗糙、有銹層或有油膜時(shí)，將增加液膜流動(dòng)的阻力，從而使液膜加厚，增大熱阻，降低對(duì)流換熱系數(shù)。如 圖 。管的一端為蒸發(fā)段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據(jù)需要可以在兩段中間布置絕熱段。蒸氣流到達(dá)冷凝端后冷凝成液體，同時(shí)也放出大量的熱量，冷凝后的液體借助毛細(xì)力回到蒸發(fā)受熱端完成一次循環(huán)。減小液膜厚度有兩種方法：? ① 在凝結(jié)表面加工出尖鋒，使凝結(jié)液膜拉薄。因?yàn)椴荒Y(jié)氣體層的存在，使蒸汽在抵達(dá)液膜表面進(jìn)行凝結(jié)之前，必須以擴(kuò)散方式穿過(guò)不凝結(jié)氣體層，使蒸汽與壁面之間的熱阻加大，削弱了熱量的傳遞。所以，工業(yè)冷凝器的設(shè)計(jì)均以膜狀凝結(jié)換熱為計(jì)算依據(jù)。在膜狀凝結(jié)中，純蒸汽凝結(jié)時(shí)氣相內(nèi)不存在溫度差，所以沒(méi)有熱阻。如 圖 ,WTX管管壁加工出很多細(xì)小的凹槽， GEWAT管加工出細(xì)密的螺紋，而多孔管表面形成了多孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)這些措施，既可以增加汽化核心，也可以增加表面換熱面積，當(dāng)然前者的作用是主要的。因此應(yīng)嚴(yán)禁不凝性氣體混入制冷系統(tǒng)內(nèi)。但在流速較低時(shí)，受重力的影響，氣體和液體分別集中在管的上、下兩半部分，如 圖 。這時(shí)流動(dòng)狀態(tài)先是泡狀流，漸變成塊狀流，進(jìn)入泡態(tài)沸騰。 沸騰換熱與凝結(jié)換熱52? 無(wú)論是大容器沸騰還是管內(nèi)沸騰，都有過(guò)冷沸騰和飽和沸騰之分。沸騰的特征是液體內(nèi)部不斷地產(chǎn)生氣泡，這些氣泡在換熱表面上的某些地點(diǎn)（稱(chēng)汽化核心）不斷地產(chǎn)生、長(zhǎng)大，脫離壁面，并穿過(guò)液體層進(jìn)入上部的氣相空間，使換熱表面和液體內(nèi)部都受到強(qiáng)烈擾動(dòng)。 單相流體對(duì)流換熱計(jì)算38圖 (a)順排； (b)叉排表 見(jiàn)圖 單相流體對(duì)流換熱計(jì)算39表 單相流體對(duì)流換熱計(jì)算40 單相流體對(duì)流換熱計(jì)算41 單相流體對(duì)流換熱計(jì)算42? 流體自然對(duì)流換熱是指流體與固體壁面相接觸，由于兩者溫度不同，靠近壁面的流體受壁面溫度的影響，造成流體溫度和密度的改變，流體主體與固體壁面附近的流體間因存在密度的差異而形成浮力，結(jié)果導(dǎo)致固體壁面附近的流體上升（或下降）和流體主體的流體下降（或上升）的自然對(duì)流。 單相流體對(duì)流換熱計(jì)算35? 流體強(qiáng)制橫向流過(guò)單管的換熱量計(jì)算 管外流體強(qiáng)制對(duì)流換熱計(jì)算管外流體強(qiáng)制對(duì)流換熱計(jì)算圖圖 流體橫向流過(guò)單管表 單相流體對(duì)流換熱計(jì)算36? 【 例 】 已知管外徑 d＝ 20 mm，水溫 tf＝ 20℃ ，管壁溫 tw＝ 30℃ ，水流速 u= m/s。在使用準(zhǔn)則數(shù)公式時(shí)，要按準(zhǔn)則公式的要求來(lái)確定。研究的方法大致有以下四種：分析法、實(shí)驗(yàn)法、比擬法、數(shù)值法。 對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式15? （ 5）換熱表面的幾何因素? 幾何因素是指換熱表面的形狀、大小、狀況（光滑或粗糙程度）以及相對(duì)位置等。? （ 3）流體的物理性質(zhì)? 流體的物理性質(zhì)如密度 ρ、動(dòng)力粘度 ν、導(dǎo)熱系數(shù) λ以及定壓比熱容 cp等，對(duì)對(duì)流換熱有很大的影響。一般地說(shuō)，強(qiáng)制對(duì)流的流速較自然對(duì)流高，因而對(duì)流換熱系數(shù)也高。底層之上即為紊流層。邊界層的厚度一般很小，如 圖 。在這一過(guò)程中，不僅有離壁面較遠(yuǎn)處流體的對(duì)流作用，同時(shí)還有緊貼壁面薄層流體的導(dǎo)熱作用。? 【 能力目標(biāo) 】? 掌握：各種對(duì)流換熱的基本概念?？梢园褜?duì)流換熱分成以下幾類(lèi)，如 圖 ： 對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式 對(duì)流換熱的概念對(duì)流換熱的概念5圖 對(duì)流換熱分類(lèi) 對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式6? 流體的流
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