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1、七 对流传热 1. 对流传热分析 当流体沿壁面作湍流流动时，在靠近壁 面处总有一层流底层存在。在层流底层 和湍流主体之间有一过渡层。 在湍流主体内，流体质点剧烈混 合并形成漩涡, 在传热方向上， 流体的温度差极小，各处的温度 基本相同，热量传递主要依靠对 流进行，传导所起作用很小。 在过渡层内，流体的温度发生缓 慢变化，传导和对流同时起作用 。 层流底层：流体仅沿壁面平行流动,在传热方向上无 质点的混合,所以热量传递主要依靠传导进行,由于流体 的热导率很小,使层流底层内的传热热阻很大,所以该层 内流体的温度差较大. 因此，对流传热的热阻主要集中在层流底层，减薄 其厚度是强化传热过程的关键。 2
2、 对流传热基本方程和对流传热系数 （1）牛顿冷却定律 式中 Q 对流传热速率，W； 对流传热系数，W(m2K); A对流传热面积，m2； t流体与壁面间温度差的平均值，K; R1/( )对流传热热阻，K/W； （2）对流传热系数 定义式： 物理意义：对流传热系数是表示在单位温 差下，单位传热面积的对流传热速率；其 值反映了对流传热的效果。，对流传 热越快。 代价：动力消耗。 3. 影响对流传热系数的因素 流体流动原因 强制对流：外部机械作功， 一般流速较大， 也较大。 自然对流：由流体密度差造成的循环过程, 一般流速较小，也较小。 流体流动状态 流体的物理性质 流体的种类和相变化情况 气体无相
3、变 传热面的形状、位置和大小 壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等， 造成边界层分离，增加湍动，使增大。 几种常用的准数名称 准数名称符号准数式意义 努塞尔特准数（给热 准数） Nu表示对流传热系 数的准数 雷诺准数（流型准数 ） Re确定流动状态的 准数 普兰特准数 （物性准数） Pr表示物性影响的 准数 格拉斯霍夫准数 （升力准数） Gr表示自然对流影 响的准数 3. 对流传热系数准数关联式 4.流体无相变时的对流传热系数 对在圆形直管内作强制湍流且无相变，其粘度小于2倍常 温水的粘度的流体，可用下式求取给热系数。 Nu=0.023Re0.8Prn 式中n值随热流方向而异，当流体被加热时，
4、n0.4；当流 体被冷却时，n0.3。 应用范围：Re10000， 0.7 100的情 况下即可达到湍流，以提高传热效果。 若两流体温差较大时，对流传热系数较大的流体宜走壳程 。因管壁温接近于较大的流体，以减小管子与壳体的温差 ，从而减小温差应力。 在选择流动路径时，上述原则往往不能同时兼顾，应视具体 情况分析。一般首先考虑操作压力、防腐及清洗等方面的要 求。 （二）流速的选择 流体种类流速，m/s 管程壳程 一般液体 易结垢液体 气体 0.53 1 530 0.21.5 0.5 315 列管换热器内常用的流速范围 液体粘度，mPa.s最大流速，m/s 1500 1500500 500100
5、10035 351 1 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4 不同粘度液体在列管换热器中的流速 （三）公式计算 1. 总传热系数的基本公式 式中 Ao、Ai、Am传热壁的外表面积、内表面积、 平均表面积，m2； i、o间壁两侧流体的对流传热膜系数 W/(m2K)； 固体间壁的导热系数， W/(mK)； b 固体间壁的厚度， m 若A取Ao，则有 若A取Ai，则有 若A取Am，则有 式中 Ki、Ko、Km基于Ao、Ai、Am的传热系 W(m2K) 。 2.污垢热阻的影响 污垢热阻：换热器在实际操作中，传热壁面常有污垢形成 ，对传热产生附加热阻。 污垢热阻通常选用经验值。 含有污垢热阻的求K公式： 式中 RS i、RS o管内、外壁面的污垢热阻， (m2K) / W 。 若传热壁面为平壁或薄管壁时，Ao、Ai、Am相等或近似相等 ，则K简化为： （四）总传热系数的经验值 九 传热面积的计算 A 列管式换热器的型号与规格 1基本参数 列管换热器的基本参数主要有： 公称换热面积SN；公称直径DN；公称压力pN； 换热管规格；换热管长度L；管子数量n；管程数Np ；等等。 2型号表示方法 列管换热器的型号由五部分组成。 1 2 3 4 5 1换热器代号； 2公称直径DN，mm； 3管程数Np，、； 4公称压力pN，MPa； 5公称换热面积SN，m2。
