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传热2(多)(完整).ppt

传热2(多)(完整)

中小学精品课件
2019-02-28 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《传热2(多)(完整)ppt》,可适用于财会税务领域

第五节对流传热系数关联式一、对流传热的分类强制对流无相变自然对流对流传热冷凝有相变沸腾二、影响对流传热的因素流体的种类牛顿型流体非牛顿型流体流体的相变状况无相变有相变流体的物性密度动力粘度导热系数定压比热cp体积膨胀系数流体的进出口温度冷流体温度tt热流体温度TT流体的流动类型层流过渡流湍流流体流动的原因自然对流强制对流传热壁面的几何因素形状大小位置光滑度三、对流传热过程的量纲分析无相变时由实验知式中平均对流传热系数W(mK)u流体的特征流速msl传热面的特征长度m过余温度即壁温与流体主流温度之差K单位质量流体所受净升力ms。单位质量流体所受净升力为上式个物理量的单位和量纲分别为设由量纲相等得由指数相等得解之得回代得所以令努塞尔特数(NusseltNumber)表示对流传热雷诺数(ReynoldsNumber)表示强制对流普朗特数(PrandtlNumber)表示物性格拉晓夫数(GrashofNumber),表示自然对流。则则通过实验确定常数可得一系列不同情况下的对流传热关联式。选用对流传热关联式的注意事项:()特征流速()特征长度应按该关联式规定的方式选取。()定性温度()关联式应在其适用范围内使用。四、无相变时的对流传热系数关联式强制对流由忽略自然对流得()管内强制对流a圆形直管(a)湍流a)低粘度DittusBoelter关联式:或式中特征流速:管内流体平均流速ui特征长度:管内径di定性温度:流体平均温度式中分别为进出口流体的截面平均温度KC。适用范围:式中L管长m。b)高粘度SiederTate关联式:或其中特征流速:管内流体平均流速ui特征长度:管内径di定性温度:流体平均温度,但w由tw确定适用范围:(b)层流SiederTate关联式:其中特征流速:管内流体平均流速ui特征长度:管内径di定性温度:流体平均温度,但w由tw确定适用范围:(c)过渡流式中湍流时的。适用范围:Re=~。b进口段的影响进口段由于热边界层(或流动边界层)较薄而具有比充分发展段较高的对流传热系数所以当时应对上述公式进行修正:c圆形弯管由于离心力产生二次流使对流传热系数提高所以应对上述公式进行修正:式中直管中的r’弯管轴的弯曲半径。d非圆形管用de代替di或对在套管环隙中水或空气特征流速:环隙中流体平均流速ui特征长度:环隙流动当量直径定性温度:流体平均温度适用范围:。()管外强制对流a管束外垂直流动(a)管子排列方式正三角形错列转角正方形转角正三角形图(P)直列正方形(b)错列关联式(c)直列关联式(c)应用条件特征流速:最狭窄通道处流速uo特征长度:管外径do定性温度:流体平均温度适用范围:(e)校正:当时按表(P)的修正系数校正。b换热器的管间流动(a)折流板的形式圆缺形盘环形图(P)(双)弓形(b)圆缺形挡板关联式(Kern关联式)或其中特征流速:最大截面积A处的流速uo特征长度:当量直径de定性温度:流体平均温度,但w由tw确定适用范围:最大截面积A:式中h挡板间距mD外壳内径mt两管中心距mdo管外径m。当量直径de:若正方形排列则若正三角形排列则自然对流忽略强制对流由得,式中C,n值见表(P)。特征长度:竖壁和竖管取高l水平管取外径do定性温度:膜温(壁温和流体主流温度的算术平均值)适用范围:见表中的GrPr。八、有相变时对流传热系数关联式冷凝()冷凝方式膜状冷凝润湿成膜小工业应用中都是。滴状冷凝不润湿成滴大难维持实验研究。()层流膜状冷凝的分析解通过合理的简化假定可导出Nusselt理论公式:a竖壁或竖管证明如下:如图所设且假定:冷凝液膜作层流流动物性为常数蒸汽对液膜无摩擦力。则不定积分得代入边界条件:得平均流速:而x处质量流量:xdx处质量流量的增量:冷凝放热量等于通过液膜的导热:所以定积分:而牛顿冷却定律:平壁导热公式:对比得平均值b水平单管式中r汽化潜热Jkg。定性温度:膜温但r由ts确定。()液膜雷诺数以竖壁为例由得底部数值式中冷凝负荷kg(ms)。()准数关联式以竖壁为例由得而所以整理得令则(a)()经验关联式a竖壁或竖管(a)层流(Re<)时(蒸汽对液膜的摩擦)(b)湍流(Re>)时(Badger关联式)b水平管(a)水平单管(b)水平管束(Kern关联式下管液膜加厚)式中n水平管束在垂直列上的管数。()影响冷凝传热的因素a冷凝温差t,Q,,b物性有影响见关联式c蒸汽的流速和流向同向一般情况反向吹破液膜d不凝性气体微量的不凝性气体可使冷凝传热速率急剧下降。蒸汽必须穿过不凝性气膜后冷凝从而饱和温度下降有效冷凝温差下降冷凝传热速率下降。e冷凝面垂直管板高度高度水平管束排数沸腾()沸腾方式(管内)流动沸腾(管外)池式沸腾(大容器)过冷沸腾饱和沸腾()沸腾曲线见图(P)。()沸腾传热关联式(略)或由得其中()或式中对比压力R=~p操作压力Papc临界压力Paq操作热负荷Wmq<qcqc临界热负荷Wm可用下式估算:式中Di管束直径mL管长mSo管外壁总传热面积。()影响沸腾的因素a液体的性质:、、、b沸腾温差(壁过热度):见沸腾曲线c操作压力PTSd加热面油脂沾污或结垢壁面粗糙汽化核心数六、壁温的估算由得若忽略管壁热阻且假定xixo为常数则所以或()第六节辐射传热一、定义辐射传热:由电磁波传递热量的过程。辐射:电磁波的传播过程。辐射能:被电磁波传递的热量。电磁波:在空间传播的交变电磁场。电磁波谱:按波长(或频率)排列的电磁波即热辐射:热射线的传播过程。热射线:由物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的电磁波。理论上热射线的波长从到但有实际意义的波长范围为~m。二、热射线的性质热射线和其它电磁波一样以光速在空间传播即式中c电磁波的传播速率ms在真空中在空气中略低f频率s波长mm。热射线和可见光一样会发生吸收、反射和透过现象。如图所示设热射线投射到物体表面上的总辐射能Q中一部分QA被物体吸收另一部分QR被物体反射其余部分QD透过物体。则由能量守恒定律得或令吸收率反射率透过率。则由于辐射能在进入固体或液体表面后在一个极短的距离内就被吸收完了所以对于固体和液体即由于气体对辐射能几乎没有反射能力所以对于气体即几个定义称的物体为绝对黑体或黑体称的物体为绝对白体或镜体称的物体为绝对透热体或透热体灰体:吸收率不随投入辐射线的波长而变且不透热。大多数工程材料可看成灰体。三、黑体辐射基本定律定义a)辐射(能)力:物体在一定温度下单位时间、单位表面积所发射的全部波长的辐射能的总量EWm。b)单色(光谱)辐射力:单位(特定)波长的辐射力或辐射力随波长的变化率即Wm所以Plank定律黑体单色辐射力与波长和温度有如下关系:式中Eb黑体单色辐射力Wm波长mT绝对温度K。Wien位移定律对Plank定律求导并使其等于得式中m最大单色辐射力的波长m。StefanBoltzmann定律将Plank定律代入得积分得式中Eb黑体辐射力Wm=W(mK)黑体辐射常数C=W(mK)黑体辐射系数四、实际固体和液体的辐射特性发射率(黑度):实际物体辐射力与同温度下黑体辐射力之比即所以实际物体的辐射力为发射率=f(物质种类、表面温度、表面状态)见表。五、实际物体的吸收率Kirchhoff定律:热平衡时任意物体对黑体投入辐射的吸收率等于同温度下该物体的发射率即如图所示物体辐射力E被黑体全部吸收而黑体辐射力Eb只被物体吸收AEb其余的(A)Eb被反射回黑体且全部被吸收所以当热平衡时有即灰体的Kirchhoff定律由于灰体的吸收率与投入辐射线的波长无关所以即使灰体所受辐射不是来自黑体且投入辐射物体的温度不是灰体温度灰体的吸收率仍等于同温度下的发射率。六、被透热介质隔开的两固体表面间的辐射传热以两平行大平板为例如图(P)所示则两平行平板间单位时间内单位表面积上净的辐射传热量为将代入上式得令总发射系数则或对于由两个灰体表面组成的一般系统有式中几何因素(角系数)其值见表(P)。七、辐射传热的强化与削弱由知:强化增加发射率增加角系数削弱减少发射率如采用发射率(吸收率)小的涂料安插遮热板遮热板的原理以两平行平板之间插入一块薄金属板为例如图所设则由得稳态传热时有相加得所以即辐射传热减少了一半。八、联合传热:对流和辐射同时存在的传热过程若用牛顿冷却定律来定义辐射传热系数R:则所以式中对流传热系数W(mK)T联合传热系数或表面传热系数W(mK)。九、气体辐射简介空气、氢气、氧气、氮气等分子结构对称的双原子气体无发射和吸收辐射能的能力是热辐射的透明体。但臭氧、二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子以及结构不对称的双原子气体(一氧化碳)都具有相当大的发射和吸收辐射能的能力。由于燃烧烟气中含有一定浓度的二氧化碳和水蒸汽所以二氧化碳和水蒸汽的辐射和吸收特性有重要的应用背景。气体辐射的两个特点()气体辐射对波长有选择性所以不是灰体。()气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的。第七节换热器一、类型沉浸式蛇管式管式喷淋式套管式列管(管壳)式间壁式夹套式板式板式螺旋板式翅片管式翅片式板翅式混合式(直接接触式)蓄热式二、列管式换热器的基本型式无膨胀节固定(管板)式有膨胀节U型管式浮头式三、列管式换热器的设计和选用(略)四、选型或设计步骤(略)五、各种间壁式换热器的比较各种换热器都有其优缺点没有一种换热器可以适用各种情况所以视具体情况选择适用的换热器。六、传热的强化途径由知增大S:应提高单位体积换热器内的传热面积。增大:一般由工艺条件限定变化有限采用逆流可得最大的温差。增大K()提高i或o:提高流速或管内装入麻花铁等扦入物。()降低Rsi或Rso:提高流速防止结垢或及时清洗。

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