【正文】 米2壁面?zhèn)鹘o流體（或由流體傳給壁面）的熱量（千卡）。當操作溫度已經(jīng)確定時，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② F 1/α R給 式中R給＝1/α給熱熱阻，米2小時℃/千卡 ②式表明給熱速率等于給熱推動力與給熱熱阻之比，與導熱速率和傳熱速率的數(shù)學式相仿。① 式稱為給熱方程式。給熱方程式以很簡單的形式表達復雜的給熱過程，其中的給熱系數(shù)卻包括了很多復雜的因素。給熱系數(shù)α是一個多變量函數(shù)。 α＝f（ω，t壁，t流，λ，Cp，ρ，υ…………） 這樣一個復雜的函數(shù)很難用純理論的數(shù)學分析方法得出一個普遍適用的計算式。依靠實驗方法測得的結果又受實驗條件的限制，在應用上有局限性。通常是采用理論分析與實驗測定相結合的方法，整理出一些半經(jīng)驗式來計算各種情況下的給熱系數(shù)。 （3）、流體在管內作強制湍流時的給熱系數(shù)：工業(yè)上的換熱器普遍由金屬管構成傳熱面。 根據(jù)理論分析和實驗測定，當流體在園形斷面直管中作強制湍流時，其給熱系數(shù)計算式如下： λα＝ （dωρ/μ）（3600μgCp/λ）小時℃③ d式中：α給熱系數(shù)，千卡/米2小時℃ λ流體的導熱系數(shù)，千卡/米小時℃ d管子的內徑，米 ω流體在管內的流速，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，等號右邊的第一個括號內即為雷諾準數(shù)： dωρ Re＝ μ第二個括號內也是一個沒有單位的數(shù)群，稱為普蘭特準數(shù)，用符號Pr表示： 3600μgCp Pr＝ λ以d/λ乘③，則等號左邊也是一個成了沒有單位的數(shù)群αd/λ，此數(shù)群稱為努歇特，用符號Nu表示，即 Nu＝αd/λ。將Re、Pr和Nu代入③式可得： Nu＝④由于在計算時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℃ 用④或⑤式計算時，必須符合以下幾個條件： 流體作穩(wěn)定的湍流流動，Re＞10000； Pr＝～2500； 用流體的進出口算術平均溫度作為定性溫度，按此溫度確定流體的各個物理性質常數(shù)； 管長L與管內徑d之比L/d＞50。 在下述情況下，仍可用④式計算給熱系數(shù)，但必須加以校正。 當流體在非園形斷面的直管中作強制湍流時，用當量直徑d當代替d代入各個準數(shù)。當流體在彎管內作強制湍流時，由于流動方向的改變，增加了流體的湍動程度，其給熱系數(shù)比在直管中流動為大。如果管長L與管內徑d之比L/d＜50時，由于管湍流體湍動程度較劇，其給熱系數(shù)比④式計算值大。當Re＝2320～10000（即過渡狀態(tài)），其給熱系數(shù)比湍流時小。 關于彎管、短管和過渡型態(tài)下的給熱系數(shù)計算中的校正方法，可參閱有關書籍。（當Re≤2320時，流體流動的型態(tài)為層流。當Re＞10000時，流體流動的型態(tài)為湍流。）在生產(chǎn)實際中，流體在管路中的流動型態(tài)多屬于湍流。（～）例1：用一內徑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：某換熱器列管內徑20mm（φ25）的鋼管輸送20℃水，雷諾準數(shù)： 1000 Re＝1000 ＝104 ＝104 1過渡狀態(tài)，此流速是最低流速，若流速ω＜，換熱效果直線下降，嚴重影響工藝操作。例3：某換熱器列管內徑50mm（φ57）的鋼管輸送20℃水，雷諾準數(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2m，內徑20mm的鋼管，鋼管內水的流速為1m/s。水的初溫20℃，終溫50℃。求管壁對水的傳熱系數(shù)？解：水的平均溫度為：t水＝（50＋20）/2＝35℃查得水在35℃時，水的各物理常數(shù)如下：Cp＝ Kcal/Kg℃，γ＝994Kg/m3，z＝，λ＝ Kcal/m小時℃。由題給：d＝，ω＝1m/s?？傻茫? dωγ 1000 1994 Re＝1000 ＝ ＝104＞104， z Pr＝ ＝ ＝＞， λ 管長與管徑之比 l/d＝2/＝100＞50。代入給熱系數(shù)計算式： λ α＝ ＝ （104） d ＝3560＝4233 Kcal/.℃以上計算符合④或⑤式要求的各項條件，管壁對水的給熱系數(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：設管徑縮小一半時給熱系數(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％＝％。 設流速增加一倍時給熱系數(shù)為α2 α2/α＝（2ω）＝＝ α2＝即給熱系數(shù)增加了：（－1）100％＝100％＝74％ 由以上計算可見：。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)變化時給熱的特點：在液體沸騰或蒸汽冷凝時，由于流體發(fā)生物態(tài)變化，給熱情況就更加復雜。 蒸汽冷凝給熱：飽和蒸汽同低溫的壁面接觸時，就會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。通?！鱰給愈大，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)變化時的給熱系數(shù)都比較大；在沒有物態(tài)變化時，水的給熱系數(shù)最大，油類次之，氣體和過熱蒸汽最小。 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，傳熱過程是熱量從熱流體， 通過固體壁流向冷流體的過程，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)進一步研究傳熱系數(shù) K 和導熱系數(shù)λ，給熱系數(shù)α之間的關系。 （一）、通過平板的恒溫傳熱 為方便起見，先討論在恒溫傳熱時單層平壁的傳熱過程。 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，包括了熱流體對熱壁面的給熱，固體 T℃ t壁2 壁內的導熱，冷壁面對冷流體的給熱這樣三個穩(wěn)定傳熱過程?？煞謩e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 λ δq導 ＝ （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，通過熱流體的邊界層、固體壁和冷流體的邊界層的熱量都相等（否則就會出現(xiàn)某處溫度升高或降低），因此： q給1＝q導＝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（ ＋ ＋