《清华大学化工原理传热.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清华大学化工原理传热.pptx（61页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1清华大学化工原理传热清华大学化工原理传热目目 录录 绪论绪论第一章第一章 流体流动流体流动第二章第二章 流体输送机械流体输送机械第三章第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流体流过颗粒和颗粒层的流动流动第四章第四章 非均相物系的分离非均相物系的分离第五章第五章 传热传热第六章第六章 蒸发蒸发 总结总结第1页/共61页第五章第五章 传传 热热第一节第一节 概述概述第二节第二节 热传导热传导第三节第三节 对流传热对流传热第四节第四节 两流体间的传热两流体间的传热第五节第五节 对流传热系数的关联式对流传热系数的关联式第六节第六节 热辐射热辐射第七节第七节 换热器换热器第2页/共61页第五节第五节 对
2、流传热系数的对流传热系数的关联式关联式一、影响传热膜系数的因素一、影响传热膜系数的因素 1、流体流动状态、流体流动状态 层层流流：忽忽略略自自然然对对流流时时，层层流底层流底层r 湍湍流流：主主要要热热阻阻在在层层流流层层，Re，边边界界层层减减薄薄，（注注意意管管件件、内内构构件件影影响，响，Re2000？）？）第3页/共61页2、引起流动的原因、引起流动的原因 自自然然对对流流时时，近近壁壁面面处处温温度度t 主流主流t1 膨胀公式：膨胀公式：体体积积膨膨胀胀系系数数。强强制制对对流流与与Re有关。有关。第4页/共61页3 3、物性：、物性：、物性：、物性：都是都是都是都是t t的函数的函
3、数的函数的函数4 4、传传传传热热热热面面面面形形形形状状状状，大大大大小小小小，位位位位置置置置。（特特特特征尺寸）征尺寸）征尺寸）征尺寸）5 5、有无相变化、有无相变化、有无相变化、有无相变化第5页/共61页二、对流传热中的因次分析法二、对流传热中的因次分析法 按确定的几何形状讨论按确定的几何形状讨论 经因次分析可以得到经因次分析可以得到 Nusselt Reynolds Prandt Grashof(对对流流传传热热)(流流动动)(物物性性)(自然对流自然对流)第6页/共61页第7页/共61页1、应用范围：、应用范围：Re，Pr2、定性尺寸：、定性尺寸：3、定性温度：、定性温度：物性值物
4、性值第8页/共61页三、流体在管内强制对流的三、流体在管内强制对流的 1、圆形直管内，强制湍流、圆形直管内，强制湍流 1)低低粘粘度度流流体体（长长第10页/共61页2)高粘度流体（温差过大）高粘度流体（温差过大）第11页/共61页2、圆形直管内，强制滞流、圆形直管内，强制滞流 1)速度分布不同速度分布不同 复杂性复杂性 2)存在自然对流影响存在自然对流影响 3)入口段较大入口段较大100d （Re2000）第12页/共61页1)忽略自然对流影响忽略自然对流影响第13页/共61页 2)第14页/共61页(4)l/d50 乘以校正系数乘以校正系数 40 30 20 15 10 1.02 1.05
5、 1.13 1.18 1.28(5)垂直管垂直管 流流动动方方向向与与自自然然对对流流方方向向一一致，致，+15%流流动动方方向向与与自自然然对对流流方方向向相相反，反，-15%第15页/共61页3、圆形直管过渡流、圆形直管过渡流 Re230010000之之间间，用用湍湍流流公式乘以公式乘以 4、弯弯曲曲圆圆管管内内：由由于于离离心心力力的的作作用用，加加速速湍湍动动产产生生二二次次环环流流第16页/共61页 5、非圆形管、非圆形管第17页/共61页四、流体在管外强制对流的四、流体在管外强制对流的 1、管管外外流流体体平平行行流流过过：de的的计计算。算。2、管外流体垂直流过、管外流体垂直流过
6、 1)单管单管 边界层增厚边界层增厚 边界层脱离边界层脱离 Re小小时时，层层流流边边界界层层（低低点点）脱离脱离 Re大大时时，层层流流边边界界层层（低低点点）湍湍流流边边界界层层境境厚厚脱离脱离 第18页/共61页2)管束管束 Re3000 do，u取最狭处：取最狭处：定性温度定性温度 排数不为排数不为10，乘以校正系数。，乘以校正系数。第19页/共61页3)3)换热器管间流动换热器管间流动换热器管间流动换热器管间流动 流速，流向不断变化，流速，流向不断变化，流速，流向不断变化，流速，流向不断变化，Re100Re100湍流湍流湍流湍流 挡板形式，（圆缺挡板）挡板形式，（圆缺挡板）挡板形式，
7、（圆缺挡板）挡板形式，（圆缺挡板）出现旁流，不能达到垂直流动出现旁流，不能达到垂直流动出现旁流，不能达到垂直流动出现旁流，不能达到垂直流动 若圆缺挡板，截去若圆缺挡板，截去若圆缺挡板，截去若圆缺挡板，截去2525。第20页/共61页第21页/共61页第22页/共61页第23页/共61页小结：小结：1、对对流流传传热热与与流流动动、物物性性有有关关（温差）（温差）Re 由由此此：热热流流方方向向 温温差差物性物性 w 2、必必须须注注意意经经验验公公式式的的使使用用条条件件 L，t，Re，Pr第24页/共61页3、含、含Gr，使用膜温，使用膜温4、的大小的大小 a)湍湍 层层 短短 长长 b)换
8、热器换热器 c)加强湍动程度加强湍动程度第25页/共61页五、五、流体作自然对流的流体作自然对流的流体作自然对流的流体作自然对流的 定定定定性性性性温温温温度度度度：膜膜膜膜温温温温，t tw w与与与与 (t(t1 1+t+t2 2)/2)/2的的的的平平平平均值均值均值均值 定性尺寸定性尺寸定性尺寸定性尺寸 水平管水平管水平管水平管d do o，垂直管，垂直管，垂直管，垂直管L L 查表查表查表查表!第26页/共61页六、蒸汽冷凝的六、蒸汽冷凝的 1、冷凝过程机理、冷凝过程机理加热介质饱和蒸汽加热介质饱和蒸汽壁壁面面低低于于饱饱和和蒸蒸汽汽温温度度 汽汽相温度唯一。相温度唯一。无无汽汽相相
9、热热阻阻（忽忽略略气气流流补补充充的的压降）压降）冷冷凝凝放放出出的的潜潜热热必必须须通通过过液液膜膜传传向壁面向壁面给给热热的的热热阻阻主主要要来来自自于于壁壁面面上上的的液膜液膜第27页/共61页 液体浸润壁面膜状冷凝液体浸润壁面膜状冷凝 不不浸浸润润滴滴状状冷冷凝凝，比比前前者者大几至十几倍大几至十几倍 膜状冷凝：膜状冷凝：膜厚不同，膜厚不同，不同。不同。L足够大时，湍流足够大时，湍流 若液膜滞流若液膜滞流热传导为主。热传导为主。第28页/共61页第29页/共61页2、垂直壁面的膜状冷凝、垂直壁面的膜状冷凝 1）理论分析）理论分析 物性物性const 假假设设 蒸蒸汽汽存存在在对对液液膜
10、膜无无磨擦阻力磨擦阻力 滞流滞流第30页/共61页可以导出：可以导出：可以导出：可以导出：定性尺寸：定性尺寸：定性尺寸：定性尺寸：L L定性温度：膜温：定性温度：膜温：定性温度：膜温：定性温度：膜温：r r：饱和温度下的冷凝潜热：饱和温度下的冷凝潜热：饱和温度下的冷凝潜热：饱和温度下的冷凝潜热第31页/共61页若若传传热热量量一一定定，r，冷冷凝凝量量，膜厚膜厚，单单位位体体积积受受力力，流流动动快快，膜厚膜厚，（通过膜导热）（通过膜导热）膜厚膜厚，t 传传热热推推动动力力，冷冷凝凝液液，膜膜厚厚，倾斜直壁：与水平夹角为，倾斜直壁：与水平夹角为，第32页/共61页2）实实验验结结果果：滞滞流流
11、下下，蒸蒸汽汽与与液膜间磨擦液膜间磨擦3）流型判断）流型判断 滞滞流流：Re2100 Re 壁下端壁下端Re 值值 涉及冷凝负荷涉及冷凝负荷第33页/共61页冷冷凝凝负负荷荷M：单单位位浸浸润润周周边边上上的的冷凝液质量流量冷凝液质量流量第34页/共61页4）无因次）无因次*对于滞流：对于滞流：对于湍流：对于湍流：第35页/共61页3、水平管壁蒸汽冷凝、水平管壁蒸汽冷凝（1）单单管管 水水平平管管可可以以看看成成不不同同角角度度倾倾斜斜壁壁面面，进进行行积分积分第36页/共61页（2）管束）管束第37页/共61页4、几点讨论：、几点讨论：对对于于过过热热蒸蒸汽汽，一一般般可可以以按按饱和蒸汽饱
12、和蒸汽 蒸汽流向蒸汽流向:向下流，向下流，向上流，向上流，向向 上上 流流 速速，第38页/共61页（3）不不冷冷凝凝气气：在在蒸蒸汽汽与与液液膜膜之之间间形形成成气气膜膜。汽汽中中含含1不不凝凝气气，50。（4）不不光光滑滑壁壁，冷冷凝凝液液阻阻力力大大，膜厚膜厚（5）强化：）强化：直管直管 沟槽沟槽 金金属属丝丝（张张力力作作用用）18复复盖盖面面积积时时 最最大。大。水平管：（倾斜）水平管：（倾斜）膜、滴交错膜、滴交错第39页/共61页七、液体沸腾时的七、液体沸腾时的：锅炉、蒸发器、再沸器锅炉、蒸发器、再沸器 温差温差 容容积积沸沸腾腾：加加热热面面浸浸于于液液体体中中 自然对流自然对流
13、 汽泡运动汽泡运动 管管内内沸沸腾腾：一一定定流流速速流流动动，加加热管热管第40页/共61页1、沸腾现象：、沸腾现象：特特征征：有有气气泡泡产产生生；由由加加热热表表面面首首先先生生成成；必必要要条条件件过热过热 加热表面过热度最大，加热表面过热度最大，缝隙依托缝隙依托 表表面面不不平平整整 汽汽化核心，化核心，t 残留气体残留气体 过过热热生生成成长长大大上上浮浮补补充过热充过热第41页/共61页自然对流区自然对流区 t 小小，小小K 如如 汽汽水水 冷凝冷凝水水 注意注意:若若K i，改换基准，改换基准第50页/共61页 5-545-54.套管换热器，气体套管换热器，气体T T1 190
14、90，T T2 25050；水水 t t1 11515 t t2 23030求（求（1 1）t t1 11010时，措施；时，措施；（2 2）若）若WWS1S1 2020，t t1 1=15=15，措施。，措施。生产任务：冷却生产任务：冷却 (1)(1)原工况原工况:新工况：新工况：t t1 1,t,t1 1 1010，生产状况不变，生产状况不变QQ不变不变 第51页/共61页 S不变，T2，T1不变(物性不变)，措施：若K不变工况不变，tm不变。（物性变化不大）（物性变化不大）（物性变化不大）（物性变化不大）措施：第52页/共61页 原工况：原工况：新工况：新工况：由由第53页/共61页第5
15、4页/共61页 5-58 5-58 列管式冷凝器列管式冷凝器列管式冷凝器列管式冷凝器（1 1）WWS2S2 5050（加热）（加热）原工况：原工况：忽略壁阻：忽略壁阻：第55页/共61页第56页/共61页 若用若用若用若用(b)(b)饱和压力饱和压力饱和压力饱和压力0.3MPa0.3MPa，T T由由由由120120升至升至升至升至133133，KK与与与与(a)(a)中中中中KK相同相同相同相同第57页/共61页 (c）并联：每个换热器0.75wS2，S加倍第58页/共61页串联：第一级出口串联：第一级出口串联：第一级出口串联：第一级出口(第二级入口第二级入口第二级入口第二级入口)t)t2 2*=77.8=77.80 0C C假设假设假设假设K=K”=KK=K”=K 阻力加倍。阻力加倍。阻力加倍。阻力加倍。(2)(2)第59页/共61页(3)(3)油污垢：油污垢：油污垢：油污垢：=2mm =2mm =0.2w/mK=0.2w/mK，R R总总总总 K K d di i由由由由20mm 20mm 16mm,16mm,i i ,u=(20/16),u=(20/16)2 2u,du,di i=16d=16di i/20/20比较热阻比较热阻比较热阻比较热阻第60页/共61页