《竖壁表面层流膜状凝结的局部冷凝换热系数的计算公式》由会员分享，可在线阅读，更多相关《竖壁表面层流膜状凝结的局部冷凝换热系数的计算公式（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1、当冷凝换热温差增大时，冷凝换热系数是增大还是减小？为什么？说明冷凝器为何多采用横管结构，结合工程实际举 例说明强化冷凝换热应采取的措施。1）根据努塞尔膜状凝结换热理论，竖壁表面层流膜状凝结的局部冷凝换热系数的计算公式如下：4/14/13)(4)(xttgrhwslvllll x（1）整个表面的平均冷凝换热系数的计算公式如下：4/ 14/13)(4)(943.0Lttgrhwslvlll（2）故当冷凝换热温差增大时，冷凝液膜的厚度增加，即增加了冷凝换热的热阻，冷凝换热系数减小。2）对于冷凝器竖管结构，冷凝换热系数如（2）式：对于冷凝器横管结构，冷凝换热系数为：4/13)(4)(725.0Dt
2、tgrhwslvlllh（3）由换热系数公式（2） 、 （3）可知，当L/d 50 时，横管的换热系数是竖管的两倍，因此多采用横管结构。当冷凝换热为传热过程的主要热阻时，需采取措施提高冷凝换热系数，工程上多采用铜管加肋的方法提高冷凝换热系数2、结合外掠平壁层流对流换热的求解，试述由边界层控制方程得到精确解和利用边界层积分方程式得到近似解两种方法的主要步骤、特点并比较其结果。3、试说明管内充分发展的湍流换热和层流换热的本质区别，并分别简述其换热系数的计算方法及步骤。4、同样是层流对流换热，为什么外掠平壁的NuRe1/2，而管内充分发展的则hX常数？5、试结合 Rohsenow 的大容器核态沸腾换
3、热关系式说明汽泡跃离加热面的运动是影响换热的最重要的因素。解：罗森诺认为，沸腾换热时，气泡的成长和脱离引起液体跟随气泡脱离的尾迹而产生的局部干扰，强化了对流换热。基于这种设想，沸腾换热的计算仍采用下列类似于单相对流换热准则关系式的形式，即随着热负荷的提高，加热面上活化汽核增多，跃离和伺服周期均值随之缩短。与此同时，气泡的迅速产生和跃离使它的惯性影响增加，从而使跃离直径下降，这些因素都会引起跃离频率的提高，邻近加热面的液层的对流是和加热壁面进行换热的主要因素。正是由于大量气泡的增长和跃离，使气泡跃离直径下降，邻近加热面的液层受到强烈扰动，这正是沸腾换热系数十分高的原因。6、一温度为120、高为
4、1.2m 的竖壁，放置于温度为20的空气中，试计算离竖壁下端0.25m 处的局部表面换热系数。 该 壁 面 上 是 否 会 出 现 湍 流 边 界 层 ？ 如 果 出 现 的 话 ， 过 渡 为 湍 流 边 界 层 的 位 置 在 何 处 ？ 已 知20 的 空 气vgmK273114 710. 。解:1 ）将竖壁看成常壁温, 先以定性温度tr=(tw+t)/2=(120+20)/2=70查空气的热物理参数. 据附表 1 查得 100=2.96W/(m. ) a106=28.6m2/s 106=20.6pa.s 106=20.02 m2/s Pr=0.694 m25.0据伊德给出的41xxGr
5、Nu近似函数表示式4121241xxPr)2Pr21(5Pr243GrNu（812）将查得Pr=0.694代入该式算得3502.0GrNu41xx边界条件 y=0: u=v=0, t=tw100tttw , 在 x=0.25m 处的格拉晓夫准则数8373 210297.225.0100107.14.t vgaGrv xx xhNu结合式可以计算出Cmwh./47. 42假定在处出现湍流边界层应满足瑞利数910xRa即910PrxGr93210694.0.PrtvgaGrv x可以解得m461.0在 0.25m 处的局部换热系数为4.47W/m2. 。并且该竖壁会出现湍流边界层, 出现位置在0.
6、461m 处7、常压下20的空气以10 m/s 的速度外掠表面温度为45的平壁，试计算离平壁前缘50mm 、100mm 、200mm 、300mm以 及 10m、15m处局部表面换热系数，并分析外掠平壁对流换热系数随距平壁前缘距离x 的变化规律，比较层流、湍流时的 对流换热系数并给以说明。已知20的空气=0.0259W/(m.K) 。解： 查附录 1 干空气 (t=20时 )的物性参数：本问题属于外掠平壁常壁温情况，外掠平壁层流边界层流动常壁温情况下：1/21/31/21/30.332RePr0.322RePrxxx xxxNuh xNuh x外掠平壁湍流边界层流动常壁温情况下：0.80.60
7、.80.60.029RePr0.029RePrxxx xxxNuh xNuh x判断层流与湍流的标准：当Rexu x超过临界值时， 层流边界层开始向湍流边界层过渡。外掠平壁通常取有代表性的值：5Re5 10cr其计算结果如下表: 可得mxcr8. 0,当xRe超过临界值时，层流边界层开始向湍流边界层过渡，经过一段过渡区进入湍流边界层。x (m) 0.05 0.1 0.2 0.3 0.8 1 5 10 15 u (m/s) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 (m2/s)1.57E-05 1.57E-05 1.57E-05 1.57E-05 1.57E-05 1.57E-05
8、1.57E-05 1.57E-05 1.57E-05 Rex3.18E+04 6.37E+04 1.27E+05 1.91E+05 5.10E+05 6.37E+05 3.18E+06 6.37E+06 9.55E+06 状态层流层流层流层流湍流湍流湍流湍流湍流0.0259 0.0259 0.0259 0.0259 0.0259 0.0259 0.0259 0.0259 0.0259 Pr0.703 0.703 0.703 0.703 0.703 0.703 0.703 0.703 0.703 Rexn178.46 252.38 356.92 437.13 36792 43983 159388
9、 277511 383843 Prn0.89 0.89 0.89 0.89 0.81 0.81 0.81 0.81 0.81 hx(W/m2 ) 26.47 18.72 13.23 10.81 27.96 26.74 19.38 16.87 15.56 计算结果如图所示结论：外掠平壁层流边界层流动常壁温情况下，局部对流换热系数xh与1/2x成正比。随着x的增大，边界层厚度增厚（2/ 1 x） ，平壁表面上的温度梯度减小，xh按1/ 2x的规律减小。外掠平壁湍流边界层流动常壁温情况下，局部对流换热系数xh与1/5x成正比。随着x的增大，边界层厚度增厚（5/4 x） ，平壁表面上的温度梯度减小，x
10、h按1/5x的规律减小。在mxcr8.0时达到临界值，层流变成湍流，xh有一个突变。层流xh比湍流xh速度变化要快。703. 0Pr,/104 .21,101.18/1006.15,/0259.026626smasPasmKmW0.11101012141618202224262830对流换热系数（W/m2.）距离（m ）B8、对管内充分发展段的层流对流换热，常壁温边界条件时的对流系数比常热流边界条件的对流换热系数大还是小？为什 么？湍流时两种边界条件时的对流换热系数是否有差别？为什么？解：对管内充分发展段的层流对流换热，常热流边界条件下的换热系数 DDttqmww366. 41148和366.
11、4DNu常壁温边界条件的对流换热系数： D658.3和658.3DNu常热流边界条件下的换热系数比常壁温边界条件的对流换热系数高20，这是因为常热流边界条件下壁面处的温度 梯度比常壁温边界条件大。湍流时两种边界条件时的对流换热系数无差别，因为湍流时流动状况如Re 及物性 Pr 对对流换热的影响显著，而边界条件的影响甚微，当Pr0.7 时，偏差在5以内。故在计算湍流对流换热系数时不再考虑边界条件的影响。9、分析外掠平壁对流换热系数随距平壁前缘距离x 的变化规律，比较层流、过渡流、湍流时的对流换热系数并给以说明。10、既然对流换热包含了流体中温度不同的各部分之间发生宏观相对运动和相互掺混所引起的热
12、量传递，为什么管内流动和热充分发展段的对流换热系数仅具有导热的特征而没有对流的特征？答：在圆管内层流达到流动和热充分发展段时，由于圆管内空间有限，所以边界层的厚度不变。边界层充斥了整个圆管。管内只有轴向流动，而无径向流动。 流体呈现管流现象，在仍一管截面流体各部分之间不再发生宏观相对运动和相互掺混，因此也就没有由此所引起的热量传递，故其对流换热系数仅与导热系数有关，而与流动参数如流速等无关。如常壁温边界条件时：364.42wx xrhNu常热流边界条件时：568.32wx xrhNu故仅具有导热的特征而没有对流的特征。11、 已知某一电厂凝汽器， 蒸汽冷凝侧的放热系数为o=10000 W/m2
13、.K， 冷却水的平均温度为32， 当冷却水流速度Vw=2 m/s 时的对流换热系数为i=3343 W/m2.K,总传热面积为38000m，总换热量为64500KW ，试分析当冷却水侧污垢热阻分别为 Rf=1、2、3、4104 m2.K/W 时对机组性能的影响。 （凝汽器背压每升高0.000981Mpa，循环热效率降低0.5% 0.7%由 fwatersteamRK111计算出总传热系数，再由 FKQtm计算出不同冷却水侧污垢热阻值时的凝汽器内冷凝温度与冷却水的对数平均温差，再将污垢热阻非0 时的对数平均温差dtm（i）与污垢热阻为0 时的 dtm（0）进行比较，得出其差值 dtm（i） dtm
14、（0） ，再计算对机组性能的影响即由于污垢热阻导致的机组效率下降n(%)dtm （i） dtm（0）0.6 0.0004357/0.000981。计算结果如下表和附Exel 表蒸汽冷凝侧的放热系数( W/m2.K)1000010000100001000010000冷却水侧对流换热系数( W/m2.K)33433343334333433343冷却水侧污垢热阻Rf( m2.K/W)00.00010.00020.00030.0004总传热系数 ( W/m2.K)K2505.42003.51669.11430.31251.4总传热面积（ m2）3800038000380003800038000总换热量
15、（ kW）6450064500645006450064500对数平均温差dtm（）6.778.4710.1711.8713.56由于污垢热阻导致的机组效率下降n(%)0.450.901.361.8112、在研究沸腾换热时，为什么要计算临界热流密度？试给出计算临界热流密度的公式并说明得出该公式的理由。解：对于实际依靠控制热流密度而改变工况的加热设备如锅炉水冷壁，一旦热流密度超过临界热流密度，工况将跳至膜态沸腾线，换热温差t 将猛升至 1000，管壁温度会超过其所能承受的温度，导致其烧毁，因此要保证沸腾换热工作时的热流密度低于临界热流密度且有一定的裕度，以保证其安全运行。当加热表面上的热流密度增大
16、时。汽化核心数和气泡脱离频率都增大。频率的增大使加热表面上生成的气泡汇集成喷出的气柱，在各个喷出的气柱之间，迎着气柱运动方向存在着液体向下的运动。当热流密度增大到一定程度时，蒸气的速度足够大，迫使向下运动的液体离开加热表面，而汽化核心的增加引起相邻汽化核心产生的气泡汇合，促使加热面上形成不稳定的蒸气膜。 这时发生核态沸腾向过渡沸腾的转变。应用流体动力学的概念，库塔杰拉泽分析了上述沸腾工况的转变，从气、液的运动方程和界面条件得到了与气体惯性力、两相流体的重力和相界面处表面张力引起的作用力成正比的量，即*2/ lubv、gvl)(和2*/l，相应的单位均为Nm 。基于量纲分析， 从这些量中可以得到下列两个无量纲参数：*2)(lguvlbv2*)(lgvl考虑到大睿器沸腾换热时临界热流密度不是线性尺寸的函数，组合上述两个无量纲准则并消去线性尺寸*l，采用rquvw b，即蒸气容积速度，文献18得到下列公式4/12/1)(grkqvlvcr按上式综合了多种流体在不
