层流表面传热系数能比湍流大么,层流和湍流换热系数比较

首页 > 机动车 > 作者:YD1662024-01-07 19:01:42

工程定义:流体与固体壁面之间的传热过程称为对流传热。

一、对流传热过程分析:

热流体-对流传热——管内壁-热传导——管外壁-对流传热——冷流体。

二、对流传热速率方程式

层流表面传热系数能比湍流大么,层流和湍流换热系数比较(1)

三、影响α的主要因素

1.流体性质及相状态-温度的函数

影响α较大的物性有:ρ,μ,λ,cp

相变化:有相变大于无相变的对流传热系数

2.流体的流动状态

雷诺系统↑,δt↓,热阻R↓,α↑

湍流的对流传热系数大于层流的对流传热系数。

3.引起流动的原因

自然对流:单位体积流体受到的浮升力∝βg△t;

强制对流的传热系数大于自然对流的传热系数。

4.传热面的形状、大小和位置

特征尺寸:

水平圆管:管径d;管径小对流传热系数大。

平板、垂直放圆管:长度l或高度H;

对流传热的分类:

有相变传热:冷凝传热、沸腾传热。

无相变传热:自然对流、强制对流。

强制对流:管外对流、管内对流。

管内对流:圆形直管、非圆管道、弯管。

圆形直管:湍流、过渡流、滞留。

流体横过管束时的传热:

管的排列分直列和错列;

错列比直列传热要快,但错列的流动阻力较大,清洗不如直列容易。

四、自然对流传热

自然对流:加热过程中流体密度发生变化而产生的流动,水在锅炉中的受热;

用蒸汽盘管在缸底加热油罐中的油。

类型:

无限空间(大容积自然对流):如房间中的暖气片与周围空气的传热。

有限空间:如夹套内的传热。

五、沸腾和冷凝传热

沸腾定义:液体与高温壁面接触被加热气化并产生气泡的过程。

液体沸腾的分类:

按接触面的形状分类:

大容积沸腾(池内沸腾):

1.气泡可自由浮升;

2.传热由自然对流及气泡的扰动产生。

管内强制对流沸腾:

1.气泡不能自由浮升。

2.气-液混相流动。

沸腾现象:

机理:气泡的生成、脱离和浮升。

气泡生成的条件:

1.液体必须过热;

2.加热壁面上存在汽化核心。

饱和沸腾曲线:

自然对流沸腾区:

温差较小,壁面液体轻微过热,产生的少量气泡尚未升浮到自由液面就放热再冷凝而消失。液体的运动主要决定于自然对流。

核状沸腾区:

温差增大,加热面上气泡数量增加,促进液体扰动,对流传热系数迅速增加。

临界点。

温差增大过临界点,汽泡生产速率大于脱离速率,连成汽膜,对流传热系数下降。汽膜很不稳定,属于核状沸腾和膜状沸腾共存的过渡区。

稳定膜态沸腾:

温差继续增大,汽泡迅速形成并结合成汽膜覆盖在加热壁面上。对流传热系数变化不大。但膜内辐射传热的逐渐增强,对流传热系数和热量又随温差的增加而升高。

影响沸腾传热的因素及强化沸腾传热的途径:

影响因素:

1.液体性质:密度增加,导热系数增加,对流传热系数增加,粘度增加,表面张力增加,对流传热系数下降。

2.温差及操作压力:温差应控制在核状沸腾区。

压力升高,饱和温度升高,粘度下降,表面张力下降,对流传热系数升高。

3.热表面的粗糙度、物性及润湿性、表面的布置:

新的或者清洁的表面对流传热系数大。

强化途径:

1.加热面

使表面粗糙化。

采用多孔的金属表面

定期除垢

2.液体

加入添加剂降低液体表面张力

加强搅拌。

冷凝传热:

蒸汽是工业上最常用的热源;

蒸汽在饱和温度下冷凝时,放出汽化潜热。

蒸汽具有一定的压力,饱和蒸汽的压力和温度具有一定的关系。

蒸汽冷凝的方式:

膜状冷凝:

冷凝液能润湿壁面,形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动。

特点:蒸汽放出的潜热必须穿过液膜才能传递到壁面、液膜层为避免与蒸汽间传热的主要热阻。传热系数较小,工业上常见。

滴状冷凝:

特点:滴状冷凝时没有完整液膜的阻碍,热阻很小,给热系数约为膜状冷凝的5~10倍,甚至更高。

实现滴状冷凝的方法:

1.在壁面上涂一层油类物质;

2.在蒸汽中混入油类或脂类物质;

3.对管表面进行改性处理。

影响冷凝传热的因素:

流体物性的影响:

1.冷凝液的密度增加,粘度减少,雷诺系数增加,或液膜厚度减薄,对流传热系数增加。

2.冷凝液的导热系数增加,对流传热系数增加。

3.冷凝潜热增加,同样的热负荷下降,冷凝液量下降,液膜厚度减薄,对流传热系数增加。

液膜温差的影响:

当液膜层流流动时,温差增加,蒸汽冷凝速率增加,液膜厚度增厚,对流传热系数减小。

冷凝壁面的状况:

1.表面粗糙,有腐蚀或氧化层,对流传热系数减少。

2.水平管:减少垂直方向的管排数量;管子斜转排列。传热系数增加。

3.垂直壁:开纵向凹槽;沿罐壁缠一圈金属丝。传热系数增加。

蒸汽过热度的影响:

略大于相同温度下饱和蒸汽的冷凝给热系数。

蒸汽流速和流动方向的影响:

蒸汽与液膜流向相同时,会加速液膜流动,使液膜变薄。传热系数增加。蒸汽流速小于10m/s,影响不大。大于40~50m/s时,传热系数提供30%左右。

蒸汽与液膜流向相反时,会阻碍液膜流动,使液膜变厚,传热系数下降。当流速增加很大时,会吹散液膜,传热系数增加。

不凝气体的影响:

当蒸汽冷凝时,不凝气体会在液膜表面浓集形成气膜。大大增加热阻;

如水蒸气中含有1%的空气能使对流传热系数下降60%;

在操作时应注意排放不凝气。

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