【正文】 米2壁面?zhèn)鹘o流體（或由流體傳給壁面）的熱量（千卡）。當(dāng)操作溫度已經(jīng)確定時(shí)，α數(shù)值越大，q給就越大。 將①式改寫為： q給 △t給 △t給 ＝ ＝ 千卡/米2小時(shí)② F 1/α R給 式中R給＝1/α給熱熱阻，米2小時(shí)℃/千卡 ②式表明給熱速率等于給熱推動(dòng)力與給熱熱阻之比，與導(dǎo)熱速率和傳熱速率的數(shù)學(xué)式相仿。① 式稱為給熱方程式。給熱方程式以很簡(jiǎn)單的形式表達(dá)復(fù)雜的給熱過(guò)程，其中的給熱系數(shù)卻包括了很多復(fù)雜的因素。給熱系數(shù)α是一個(gè)多變量函數(shù)。 α＝f（ω，t壁，t流，λ，Cp，ρ，υ…………） 這樣一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)很難用純理論的數(shù)學(xué)分析方法得出一個(gè)普遍適用的計(jì)算式。依靠實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的結(jié)果又受實(shí)驗(yàn)條件的限制，在應(yīng)用上有局限性。通常是采用理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)定相結(jié)合的方法，整理出一些半經(jīng)驗(yàn)式來(lái)計(jì)算各種情況下的給熱系數(shù)。 （3）、流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的給熱系數(shù)：工業(yè)上的換熱器普遍由金屬管構(gòu)成傳熱面。 根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)定，當(dāng)流體在園形斷面直管中作強(qiáng)制湍流時(shí)，其給熱系數(shù)計(jì)算式如下： λα＝ （dωρ/μ）（3600μgCp/λ）小時(shí)℃③ d式中：α給熱系數(shù)，千卡/米2小時(shí)℃ λ流體的導(dǎo)熱系數(shù)，千卡/米小時(shí)℃ d管子的內(nèi)徑，米 ω流體在管內(nèi)的流速，米/秒 ρ流體的密度，公斤秒2/米4 μ工程粘度，公斤秒/米2 g重力加速度，米/秒2 Cp流體的定壓比熱，千卡/公斤℃③式中，等號(hào)右邊的第一個(gè)括號(hào)內(nèi)即為雷諾準(zhǔn)數(shù)： dωρ Re＝ μ第二個(gè)括號(hào)內(nèi)也是一個(gè)沒(méi)有單位的數(shù)群，稱為普蘭特準(zhǔn)數(shù)，用符號(hào)Pr表示： 3600μgCp Pr＝ λ以d/λ乘③，則等號(hào)左邊也是一個(gè)成了沒(méi)有單位的數(shù)群αd/λ，此數(shù)群稱為努歇特，用符號(hào)Nu表示，即 Nu＝αd/λ。將Re、Pr和Nu代入③式可得： Nu＝④由于在計(jì)算時(shí)用重度代替密度比較方便，而粘度的數(shù)據(jù)常常是以厘泊為單位的，因此Re和Pr可改寫為： dωγ Re＝1000 Pr ＝ z λ式中：γ流體重度，公斤/米3 （Kg/m3） z 流體粘度，厘泊②式也可寫成為： λ dωγ 千卡α＝ （1000 ）（ ） ⑤ d z λ 米2小時(shí)℃ 用④或⑤式計(jì)算時(shí)，必須符合以下幾個(gè)條件： 流體作穩(wěn)定的湍流流動(dòng)，Re＞10000； Pr＝～2500； 用流體的進(jìn)出口算術(shù)平均溫度作為定性溫度，按此溫度確定流體的各個(gè)物理性質(zhì)常數(shù)； 管長(zhǎng)L與管內(nèi)徑d之比L/d＞50。 在下述情況下，仍可用④式計(jì)算給熱系數(shù)，但必須加以校正。 當(dāng)流體在非園形斷面的直管中作強(qiáng)制湍流時(shí)，用當(dāng)量直徑d當(dāng)代替d代入各個(gè)準(zhǔn)數(shù)。當(dāng)流體在彎管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)，由于流動(dòng)方向的改變，增加了流體的湍動(dòng)程度，其給熱系數(shù)比在直管中流動(dòng)為大。如果管長(zhǎng)L與管內(nèi)徑d之比L/d＜50時(shí)，由于管湍流體湍動(dòng)程度較劇，其給熱系數(shù)比④式計(jì)算值大。當(dāng)Re＝2320～10000（即過(guò)渡狀態(tài)），其給熱系數(shù)比湍流時(shí)小。 關(guān)于彎管、短管和過(guò)渡型態(tài)下的給熱系數(shù)計(jì)算中的校正方法，可參閱有關(guān)書籍。（當(dāng)Re≤2320時(shí)，流體流動(dòng)的型態(tài)為層流。當(dāng)Re＞10000時(shí)，流體流動(dòng)的型態(tài)為湍流。）在生產(chǎn)實(shí)際中，流體在管路中的流動(dòng)型態(tài)多屬于湍流。（～）例1：用一內(nèi)徑100mm的鋼管輸送20℃的水，流量為36m3/h。試確定水在管路中的流動(dòng)型態(tài)？解：20℃水的粘度 z＝1厘泊，重度γ＝1000Kg/m3，水的流速為： 36 ω＝ ＝ 3600（π/4）（）2雷諾準(zhǔn)數(shù)： dωγ 1000 Re＝1000 ＝1000 ＝105＞104 z 1 所以管路中水的流態(tài)為湍流。例2：某換熱器列管內(nèi)徑20mm（φ25）的鋼管輸送20℃水，雷諾準(zhǔn)數(shù)： 1000 Re＝1000 ＝104 ＝104 1過(guò)渡狀態(tài)，此流速是最低流速，若流速ω＜，換熱效果直線下降，嚴(yán)重影響工藝操作。例3：某換熱器列管內(nèi)徑50mm（φ57）的鋼管輸送20℃水，雷諾準(zhǔn)數(shù)要求＞104，求水的最低流速ω為多少？解： ω1000 1000 ＝104 1 104 ω＝ ＝＞ 50000例4：某冷凝器中裝有長(zhǎng)2m，內(nèi)徑20mm的鋼管，鋼管內(nèi)水的流速為1m/s。水的初溫20℃，終溫50℃。求管壁對(duì)水的傳熱系數(shù)？解：水的平均溫度為：t水＝（50＋20）/2＝35℃查得水在35℃時(shí)，水的各物理常數(shù)如下：Cp＝ Kcal/Kg℃，γ＝994Kg/m3，z＝，λ＝ Kcal/m小時(shí)℃。由題給：d＝，ω＝1m/s?？傻茫? dωγ 1000 1994 Re＝1000 ＝ ＝104＞104， z Pr＝ ＝ ＝＞， λ 管長(zhǎng)與管徑之比 l/d＝2/＝100＞50。代入給熱系數(shù)計(jì)算式： λ α＝ ＝ （104） d ＝3560＝4233 Kcal/.℃以上計(jì)算符合④或⑤式要求的各項(xiàng)條件，管壁對(duì)水的給熱系數(shù)為4233 Kcal/.℃。例5：將例題④中管徑縮小一半，流速及其它條件都不變，則給熱系數(shù)有何變化？如將流速增加一倍，其它條件都不變，則給熱系數(shù)又有何變化？解：設(shè)管徑縮小一半時(shí)給熱系數(shù)為α1 由⑤式 λ dωγ α＝ （1000 ）（ ） d z λ λ （d/2）ωγ α1＝ （1000 ）（ ） d/2 z λα1/α＝ α1＝即給熱系數(shù)增加了：（α1－α）100％＝（－1）100％＝％。 設(shè)流速增加一倍時(shí)給熱系數(shù)為α2 α2/α＝（2ω）＝＝ α2＝即給熱系數(shù)增加了：（－1）100％＝100％＝74％ 由以上計(jì)算可見(jiàn)：。以致增加流速能使給熱系數(shù)有較大幅度的增加，減小管徑使給熱系數(shù)增加的就比較小。 （4）、有物態(tài)變化時(shí)給熱的特點(diǎn)：在液體沸騰或蒸汽冷凝時(shí)，由于流體發(fā)生物態(tài)變化，給熱情況就更加復(fù)雜。 蒸汽冷凝給熱：飽和蒸汽同低溫的壁面接觸時(shí)，就會(huì)在壁面上冷凝成液體，分滴狀和膜狀。如果蒸汽中混有不凝性氣體，將使冷凝給熱系數(shù)大大減小。 液體沸騰給熱：液體沸騰的強(qiáng)烈程度與加熱面的溫度t壁和飽和蒸汽溫度t飽間的溫度差△t給＝t壁－t飽有關(guān)。通常△t給愈大，沸騰給熱系數(shù)α也愈大。 綜上所述，由于影響給熱系數(shù)的因素很多，所以α的數(shù)值范圍很大。下表中介紹了常用的工業(yè)用換熱器中α值的大致范圍。由此表可以看出：有物態(tài)變化時(shí)的給熱系數(shù)都比較大；在沒(méi)有物態(tài)變化時(shí)，水的給熱系數(shù)最大，油類次之，氣體和過(guò)熱蒸汽最小。 工業(yè)用換熱器中給熱系數(shù)α值的大致范圍 千卡 α＝ （Kcal/.℃） .℃ 給 熱 的 種 類 α 值 的 范 圍 水蒸汽的滴狀冷凝 40000～120000水蒸汽的膜狀冷凝 4000～15000 有機(jī)蒸汽的冷凝 500～2000 液氨的蒸發(fā) 4000～7000 水的沸騰 500～45000 水的加熱或冷卻 200～10000 油的加熱或冷卻 50～1500 過(guò)熱蒸汽的加熱或冷卻 20～100 空氣的加熱或冷卻 1～50六、傳熱系數(shù) 由上所述，傳熱過(guò)程是熱量從熱流體， 通過(guò)固體壁流向冷流體的過(guò)程，傳熱速率可用傳熱方程式求得： q △t 千卡 ＝ ＝K△t （Kcal/.℃）④ F R .℃本節(jié)進(jìn)一步研究傳熱系數(shù) K 和導(dǎo)熱系數(shù)λ，給熱系數(shù)α之間的關(guān)系。 （一）、通過(guò)平板的恒溫傳熱 為方便起見(jiàn)，先討論在恒溫傳熱時(shí)單層平壁的傳熱過(guò)程。 熱流體的溫度為T℃，冷流體的溫 熱 λ 冷度為t℃，熱流體一邊的壁面溫度 t℃為t壁1，冷流體一邊的壁面溫度為t壁2， Q熱、冷流體的給熱系數(shù)為αα2 α1 α2Kcal/.℃，固體壁的導(dǎo)熱系數(shù)為 t1 λ Kcal/.℃，壁厚為δ米。 t壁1 熱量從熱流體流向冷流體時(shí)，包括了熱流體對(duì)熱壁面的給熱，固體 T℃ t壁2 壁內(nèi)的導(dǎo)熱，冷壁面對(duì)冷流體的給熱這樣三個(gè)穩(wěn)定傳熱過(guò)程。可分別列出 δ t2c熱量傳遞的方程式： q給1 q給1 ＝α1（T－t壁1） 或 ＝T－t壁1＝△t給1 （A） F α1F q導(dǎo) λ δq導(dǎo) ＝ （t壁1－t壁2） 或 ＝t壁1－t壁2＝△t壁（B）F δ λF q給2 q給2 ＝α2（t壁2－t） 或 ＝t壁2－t＝△t給2（C） F α2 F 在穩(wěn)定傳熱時(shí)，通過(guò)熱流體的邊界層、固體壁和冷流體的邊界層的熱量都相等（否則就會(huì)出現(xiàn)某處溫度升高或降低），因此： q給1＝q導(dǎo)＝q給2＝q代入（A），（B），（C）三式，并將三式左右相加，可得： 1 δ 1 q（ ＋ ＋