【文章內(nèi)容簡介】 dR e P rL? ? ?id應(yīng)用條件： 小管徑且流體和壁面的溫差不大時， 25 000，自然對流的影響可以忽略 Gr1 0 . 1 411 3Wi331 . 8 6 dN u R e P rLmm??????? ???? ??() 第三節(jié) 對流傳熱 (一 )管內(nèi)強制對流傳熱 對于 2300≤ ≤10 4時的過渡區(qū)，其傳熱情況非常復(fù)雜，對流傳熱系數(shù)可先用湍流時的經(jīng)驗式計算，再乘 以小于 1的修正系數(shù) Re51 .86 101Re???? 過渡流狀態(tài) 流動 第三節(jié) 對流傳熱 () 呈強烈的湍流狀態(tài) 流動 0. 8iifpcdudm???m???????????? ??() (一 )管內(nèi)強制對流傳熱 ?流體在彎曲管道內(nèi)流動時的對流傳熱系數(shù) 兩個途徑： （ 1）將特征尺寸改為當(dāng)量直徑，仍用圓管計算式計算，方法簡便，但計算準(zhǔn)確性欠佳； （ 2）直接實驗找到計算對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗方式。 R—— 彎管的曲率半徑 由于離心力的作用，擾動加劇，使傳熱系數(shù)增加 ?非圓形管內(nèi)強制對流的傳熱系數(shù) ( 1 1. 77 / )idR??? ??第三節(jié) 對流傳熱 () (一 )管內(nèi)強制對流傳熱 (二 )大空間自然對流傳熱 對流傳熱系數(shù)與 和 有關(guān) Gr Pr? ? nN u C G r P r?C n 與傳熱表面的性質(zhì)和位置以及 有關(guān) Gr Pr?（ ） 固體壁面與靜止流體之間由于 流體內(nèi)部存在溫差 造成密度差，由此產(chǎn)生 升浮力使流體流動 ，稱為自然對流。 大空間自然對流傳熱是指固體壁面邊界層的發(fā)展不受空間限制或干擾的自然對流傳熱。換熱過程中常用的換熱設(shè)備、中溫或高溫反應(yīng)器、熱水或蒸汽管道等的熱表面向周圍大氣的對流散熱 定性溫度取壁面與流體平均溫度的算術(shù)平均值 第三節(jié) 對流傳熱 (二 )大空間自然對流傳熱 第三節(jié) 對流傳熱 表 常見大空間自然對流時的 C和 n值 設(shè)備和管道保溫的方法是在其外部包裝絕熱材料 問題：保溫層的厚度？越厚越好？ c1TfT1d 2d1 f 1 f21 122l n ( / ) 12 π πccT T T TQdd RRL d L????????211 ln( / )2 πddR L?? 221πR dL??傳導(dǎo)熱阻 對流傳熱熱阻 當(dāng)保溫層厚度增加（即 增大）時 2d1R 2R熱傳導(dǎo) 對流傳熱 Q ? 第三節(jié) 對流傳熱 五、保溫層的臨界直徑 () 1 2222 212112 π ()2d0d l n ( / ) 1cfL T T ddQd ddd?????????????????????由此得到熱損失 為最大值時的保溫層直徑： Q 2c2dd????2dddQ 為正值 保溫層的臨界直徑 保溫層的臨界厚度 c12dd?如果 保溫層的外徑小于臨界直徑 即 2cdd?即 增加保溫層的厚度反而使熱損失增加 。 第三節(jié) 對流傳熱 【 例 】 外徑為 25mm的鋼管，其外壁溫度保持 350℃ ，為減少熱損失，在管外包一層導(dǎo)熱系數(shù)為 (mK)的保溫材料。已知保溫層外壁對空氣的對流傳熱系數(shù)近似為 10 W/(m2K)，空氣溫度為 20℃ 。試求 （ 1）保溫層厚度分別為 2mm、 5mm和 7mm時，每米管長的熱損失及保溫層外表面的溫度； （ 2）保溫層厚度為多少時熱損失量最大？此時每米管長的熱損失及保溫層外表面的溫度各為多少？ （ 3）若要起到保溫作用，保溫層厚度至少為多少？設(shè)保溫層厚度對管外空氣對流傳熱系數(shù)的影響可忽略。 第三節(jié) 對流傳熱 解：（ 1） c 1 f2 1 2223 5 0 2 0l n ( / ) l n ( / 0 . 0 2 5 )112 π π 2 π 0 . 2 π 10TTQd d dLdd??? ????? ? ? ?穩(wěn)態(tài)傳熱時，各層傳熱速率相等，即 c 1 f212l n ( / ) 12 π πTTQddLd????? 1f 21πQTTLd ?? ? ?當(dāng)保溫層厚度為 2mm時， 2d 3 5 0 2 0 2 7 1 . 3l n ( 0 . 0 2 9 / 0 . 0 2 5 ) 12 π 0 . 2 π 0 . 0 2 9 1 0QL????? ? ?112 0 2 7 1 . 3 3 1 8π 0 . 0 2 9 1 0T ? ? ? ???＝ W/m ℃ o1 350 CcT ?o20 CfT ?1d 2d1 ?T ??QL?1f21πTTd ???第三節(jié) 對流傳熱 同理，當(dāng)保溫層厚度為 5mm時， 2d＝ 8 0?LQ2751 ?T當(dāng)保溫層厚度為 7mm時， 2d＝ 8 1?LQ2501 ?T在保溫層為 2～ 7mm時，隨著厚度的增加，熱損失量增加。 W/m ℃ W/m ℃ 第三節(jié) 對流傳熱 （ 2 ）熱損失達到最大值時的保溫層直徑為臨界直徑，即 102???????cdd m 保溫層的臨界厚度為 （cd －1d ） /2 ＝（ 0. 04 0. 02 5 ） / 2=0 . 00 75 m 此時，得 m a x?LQW/m 2441?T ℃ 第三節(jié) 對流傳熱 一般情況下，熱損失隨保溫層厚度增加而減小。但對于小直徑的管道，則可能出現(xiàn)相反的情況，即隨保溫層的厚度增加，熱損失加大。 第三節(jié) 對流傳熱 c 1 f c 1 f2112l n ( ) 11π2 π πT T T TQddLdd ?????????（ 3 ）為了起到保溫作用，加保溫層后應(yīng)使熱損失小于裸管時的熱損失。 因此保溫層的外徑應(yīng)滿 足 ??????112121112)/ln(dTTdddTTLQ fcfc ????? 即 ??????1212112)/ln(dddd?? 1101)(22??????? ??? dd 解得2d ＝ ，則保溫層的厚度應(yīng)大于 （ ） /2 ＝ 0. 022 5m 一般情況下，熱損失隨保溫層厚度增加而減小。但對于小直徑的管道，則可能出現(xiàn)相反的情況，即隨保溫層的厚度增加，熱損失加大。 （ 3 ）為了起到保溫作用，加保溫層后應(yīng)使熱損失小于裸管時的熱損失。 因此保溫層的外徑應(yīng)滿 足 ??????112121112)/ln(dTTdddTTLQ fcfc ????? 即 ??????1212112)/ln(dddd?? 1101)(22??????? ??? dd 解得2d ＝ ，則保溫層的厚度應(yīng)大于 （ ） /2 ＝ 0. 022 5m 第三節(jié) 對流傳熱 c 1 f c 1 f2112l n ( ) 11π2 π πT T T TQddLdd ?????????2121l n ( ) 112 π π πdddd? ? ?? ??22l n ( / 0 . 0 2 5 ) 112 π 0 . 2 π 10 π 0 . 0 2 5 1 0dd??? ? ? ?傳熱設(shè)備 換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中重要的單元操作設(shè)備之一。 類型很多，特點不一，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進行選擇。 依據(jù)傳熱原理和實現(xiàn)熱交換的方法， 換熱器可分為間壁式、混合式及蓄熱式三類， 其中以間壁式換熱器應(yīng)用最普通。 一、間壁式換熱器 1．夾套式換熱器 主要應(yīng)用于反應(yīng)過程的加熱或冷卻。該種換熱器的傳熱系數(shù)較小，傳熱面又受容器的限制，因此適用于傳熱量不太大的場合。為了提高其傳熱性能，可在容器內(nèi)安裝攪拌器，使器內(nèi)液體作強制對流；為了彌補傳熱面的不足，還可在器內(nèi)安裝蛇管等。 2． 蛇管式換熱器 （ 1） 沉浸式蛇管換熱器 ? 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單 ， 價格低廉 ， 便于防腐蝕 ， 能承受高壓 ? 缺點：由于容器的體積較蛇管的體積大得多 ， 故管外流體的 a較小 ，因而總傳熱系數(shù) K值也較小 。 （ 2） 噴淋式換熱器 和沉浸式蛇管換熱器相比 ， 具有便于檢修和清洗 、 傳熱效果較好等優(yōu)點 ， 缺點是噴淋不易均勻 。 列管式換熱器的基本型式和設(shè)計計算 列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的傳熱設(shè)備 ， 與前述的各種換熱器相比 ，主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大以及傳熱效果好 。 此外 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 制造的材料范圍較廣 ， 操作彈性也較大等 ， 因此 ， 在高溫 、 高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器 。 列管式換熱器的基本型式 (按補償應(yīng)力方式分 ） 1． 固定管板式 固定管板式 2． U型管換熱器 3． 浮頭式換熱器 ? 新型的換熱器 一 、 翅片式換熱器 板式換熱器 ? 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積設(shè)備 提供的傳熱面積大；總傳熱系數(shù) 高，如對低粘度液體的傳熱， K 值可高達 7000W/（ m.℃ ）；可根 據(jù)需要增減板數(shù)以調(diào)節(jié)傳熱面積； 檢修和清洗都較方便等。 ? 缺點：處理量不大；操作壓強比較低，一般低于 15atm，最高也不超過 20atm；因受墊片耐熱性能的限制，操作溫度不能太高，一般對合成橡膠墊圈不超過 130℃ ，壓縮石棉墊圈也低于 250℃ 熱流體通過間壁將熱量傳給冷流體的過程分為三步 ： －對流傳熱 －導(dǎo)熱 －對流傳熱 1?A1 2?A2 ?Am b 外側(cè) 內(nèi)側(cè) 熱流體 冷流體 QhTcT（ 1）熱流體將熱量傳給固體壁面 （ 2）熱量從壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面 （ 3）熱量從壁面?zhèn)鹘o冷流體 第三節(jié) 對流傳熱 六、間壁傳熱過程計算 2Q熱側(cè)流體對壁面的傳熱速率為 1 1 1 h h W()Q A T T???Q ?? 21m h W c W()Q A T Tb???通過間壁的傳熱速率為 在穩(wěn)態(tài)情況下 1? 2??冷側(cè)流體對壁面的傳熱速率為 2 2 2 c W c()Q A T T???外側(cè) 內(nèi)側(cè) 熱流體 冷流體 1QhTcTQcWThWT（一）總傳熱速率方程 第三節(jié) 對流傳熱 () () () A1 A2 Am b hc1 1 m 2 211TTQbA A A? ? ?????hcT T T? ? ?傳熱過程總推動力 傳熱總熱阻 1 1 m 2 211bRA A A? ? ?? ? ?總熱阻等于各項熱阻之和 （一）總傳熱速率方程 第三節(jié) 對流傳熱 () TKAQ ??1A 2A mA取定的面積 傳熱基本方程 總傳熱系數(shù) 以外表面積作為基準(zhǔn) 1 1 1 m 2 21 1 1bK A A A A? ? ?? ? ?111 m 2 211 b A AK A A? ? ?? ? ?1 2 mA A A??21111??? ???bK對于平壁或薄管壁 熱側(cè)為外側(cè)時 表示換熱設(shè)備性能的極為重要的參數(shù) （二）總傳熱系數(shù) 第三節(jié) 對流傳熱 () 污垢熱阻 1 1 1S 1 S 21 m 2 2 211 b A A ArrK A A A? ? ?? ? ? ? ?外側(cè)表面上單位傳熱面積的污垢熱阻 內(nèi)側(cè)表面上單位傳熱面積的污垢熱阻 比間壁的熱阻大得多 難以準(zhǔn)確估計，采用經(jīng)驗值 對于平壁或薄管壁，有 S 1 S 2121 1 1brrK ? ? ?? ? ? ? ?第三節(jié) 對流傳熱 () 21111?? ??K若 12 ?? ??