第五章傳熱與傳熱設(shè)備5.1概述其它設(shè)備60%傳熱設(shè)備40%在設(shè)計時進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計使其在滿足工藝要求的條件下投資費(fèi)用最小；在操作中進(jìn)行強(qiáng)化傳熱操作過程，進(jìn)行最優(yōu)化操作，對節(jié)省傳熱設(shè)備投資，節(jié)省能源有著重要的意義。5.1概述5.1.1傳熱過程的分類5.1.1.1根據(jù)冷熱兩種流體的接觸方式（1）直接接觸式傳熱（混合式傳熱）熱水空氣填料涼水塔示意圖（2）間壁式（間接接觸式）傳熱t(yī)2冷流體t1T1熱流體T2套管換熱器中的換熱冷流體t熱流體T間壁Q對流給熱對流給熱導(dǎo)熱5.1.1.1根據(jù)冷熱兩種流體的接觸方式冷流體t熱流體T間壁Q對流給熱對流給熱導(dǎo)熱①熱量由熱流體靠對流傳熱傳給金屬壁的一側(cè)（對流給熱）；②熱量自管壁一側(cè)以熱傳導(dǎo)的形式傳至另一側(cè)（導(dǎo)熱）；③熱量以對流傳熱的方式從壁面的另一側(cè)傳給冷流體（對流給熱）。（3）蓄熱式傳熱冷流體熱流體熱流體冷流體固體填充物蓄熱器示意圖5.1.1.2根據(jù)傳熱的基本原理（1）熱傳導(dǎo)熱量從物體內(nèi)溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分或傳遞到與之接觸的溫度較低的另一物體的過程稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。（2）對流傳熱流體各部分質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程，只能發(fā)生在流體中。流體被冷卻時流體被加熱時（3）熱輻射因熱的原因而發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。以上三種傳熱方式往往是相互伴隨著同時出現(xiàn)。5.1.2傳熱基本概念（1）傳熱速率單位時間內(nèi)通過傳熱面?zhèn)鬟f的熱量Q（W）；（2）熱通量單位時間、單位傳熱面積上傳遞的熱量q（W/m2）；（3）非定態(tài)、定態(tài)傳熱過程

t=f（x，y，z，θ）溫度不僅與空間位置還與時間有關(guān)，為非定態(tài)傳熱；

t=f（x，y，z）溫度只與空間位置有關(guān)與時間無關(guān)，為定態(tài)傳熱。5.2熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱Conduction）5.2.1傅立葉定律（Flourier’slaw）（1）溫度場（Temperaturefield）物體（或空間）各點溫度在時空中的分布稱為溫度場。t=f（x，y，z，θ）（5-2）溫度相同的點所組成的面稱為等溫面。溫度不同的等溫面不可能相交，為什么？nq圖5-1溫度梯度與熱流方向的關(guān)系

（2）溫度梯度兩等溫面的溫度差Δt與其間的垂直距離Δn之比在Δn趨于零時的極限，即5.2.1傅立葉定律（Flourier’slaw）（3）傅立葉定律傅立葉定律是用以確定在物體各點間存在溫度差時，因熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生的熱流大小的定律。單位時間內(nèi)，單位傳熱面積上傳遞的熱量即熱通量與溫度梯度成正比，熱導(dǎo)率，W/m?℃

傳熱速率不僅與溫度梯度成正比，還與傳熱面積成正比，即（5-3）5.2.2熱導(dǎo)率物理意義：溫度梯度為1時，單位時間內(nèi)通過單位面積的傳熱量，在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量，λ越大，導(dǎo)熱性能越好。（1）固體的熱導(dǎo)率純金屬：t↑,λ↓;非金屬：ρ↑或t↑,λ↑。

λ=λ0（1+αt）式中λ、λ0——固體分別在溫度t、273K時的熱導(dǎo)率，W/(m?K);

α——溫度系數(shù)，對大多金屬材料為負(fù)值，大多非金屬材料為正值，1/K。5.2.2熱導(dǎo)率（2）液體的熱導(dǎo)率t↑,λ↓；一般純液體（水和甘油除外）的熱導(dǎo)率比其溶液的熱導(dǎo)率大。（3）氣體的熱導(dǎo)率氣體的λ很小，對導(dǎo)熱不利，但對保溫有利。在相當(dāng)大的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，壓強(qiáng)對氣體的熱導(dǎo)率無明顯影響。一般情況下氣體λ=f(t)，t↑,λ↑。5.2.2熱熱導(dǎo)率率固體、、液體體、氣體的的熱導(dǎo)率率的大大致范范圍：：λ金屬固固體>λ非金屬屬固體體>λ液體>λ氣體金屬固固體：：101~102W/(m?K)；；建筑材材料：：10-1~10W/(m?K)；；絕緣材材料：：10-2~10-1W/(m?K)；；液體：：10-1W/(m?K)；；氣體：：10-2~10-1W/(m?K)；；5.2.3平平壁的的穩(wěn)定定熱傳傳導(dǎo)（1））單層層平壁壁穩(wěn)定定熱傳傳導(dǎo)一高度度和寬寬度均均很大大的平平壁，，厚度度為b，兩側(cè)側(cè)表面面溫度度保持持均勻勻恒定定，分分別為為t1及t2，且t1>t2，若t1、t2不隨時時間而而變，，壁內(nèi)內(nèi)的傳傳熱屬屬于沿沿厚度度x方向的的一維維定態(tài)態(tài)熱傳傳導(dǎo)過過程（（見圖圖5-5））。此此時傅傅立葉葉定律律可寫寫成txxdxt1t2圖5-5單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)bQ積分上式5.2.3平平壁的的穩(wěn)定定熱傳傳導(dǎo)傳熱速速率（（單位位時間間通過過面積積A上的傳傳熱量量）為為：（5-4）b↑或A↓或λ↓，R↑。上式λ為常數(shù)數(shù)，所所以平平壁內(nèi)內(nèi)的溫溫度分分布為為一直直線；；若導(dǎo)導(dǎo)熱系系數(shù)與與溫度度有關(guān)關(guān)，則則溫度度分布布又是是怎樣樣的？？txxdxt1t2t1t2α>0α<05.2.3平平壁的的穩(wěn)定定熱傳傳導(dǎo)（2））多層層平壁壁穩(wěn)定定熱傳傳導(dǎo)t2txt1t3t4圖5-7多層平壁的熱傳導(dǎo)應(yīng)用合比比定律，，得推廣到n層平壁（5-6）5.2.3平平壁的穩(wěn)穩(wěn)定熱傳傳導(dǎo)從上式可可以看出出，通過過多層壁壁的定態(tài)態(tài)熱傳導(dǎo)導(dǎo)，傳熱熱推動力力和熱阻阻是可以以加和的的；總推動力力等于各各層推動動力之和和，總熱熱阻等于于各層熱熱阻之和和。此式說明明，在多多層壁導(dǎo)導(dǎo)熱過程程中，哪層熱阻阻大，哪哪層溫差差就大；；反之，，哪層溫溫差大，，哪層熱熱阻一定定大。（5-6）5.2.3平平壁的穩(wěn)穩(wěn)定熱傳傳導(dǎo)將上式寫成熱通量的形式為（5-6）5.2.3圓圓筒壁的的穩(wěn)定熱熱傳導(dǎo)（1）單單層圓筒筒壁穩(wěn)定定熱傳導(dǎo)導(dǎo)有內(nèi)、外外半徑分分別為r1、r2的圓筒，，內(nèi)、外外表面分分別維持持恒定的的溫度t1、t2，且管長長l足夠大，，圓筒壁壁內(nèi)的導(dǎo)導(dǎo)熱屬于于沿徑向向的一維維定態(tài)熱熱傳導(dǎo)，，傅立葉葉定律可可寫成trdrt1r1r2t1t2圖5-8圓筒壁的熱傳導(dǎo)積分5.2.3圓圓筒壁的的穩(wěn)定熱熱傳導(dǎo)5.2.3圓圓筒壁的的穩(wěn)定熱熱傳導(dǎo)式中b=r2-r1，為圓筒筒壁的厚厚度。平平均面積積Am=2πl(wèi)rm，而稱為對數(shù)數(shù)平均半半徑。當(dāng)當(dāng)r2/r1<2時時，可以以改用算算術(shù)平均均值，即即取rm=（r2+r1）/2。。熱阻為：：5.2.3圓圓筒壁的的穩(wěn)定熱熱傳導(dǎo)（2）多多層圓筒筒壁穩(wěn)定定熱傳導(dǎo)導(dǎo)t2t1t3t4圖5-9多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)r1r2r3r4推廣到n層圓筒壁5.2熱傳傳導(dǎo)（導(dǎo)導(dǎo)熱Conduction）例4-1如如圖所所示用用定態(tài)態(tài)平壁壁導(dǎo)熱熱以測測定材材料的的導(dǎo)熱熱系數(shù)數(shù)。將將待測測材料料制成成厚度度b、直徑徑120mm的的圓形形平板板，置置于冷冷、熱熱兩表表面之之間。。熱側(cè)側(cè)表面面用電電熱器器維持持表面面溫度度t1=200℃℃。冷冷側(cè)表表面用用水夾夾套冷冷卻，，使表表面溫溫度維維持在在t2＝80℃。。電加加熱器器的功功率為為40.0W。。由于安安裝不不當(dāng)，，待測測材料料的兩兩邊各各有一一層0.1mm的靜靜止氣氣層，，氣體體導(dǎo)熱熱系數(shù)數(shù)λg=0.030W/(m··℃),使使測測得的的材料料導(dǎo)熱熱系數(shù)數(shù)λ’與真實實值λ不同。。不計計熱損損失，，求測測量的的相對對誤差差，即即（λ’-λλ）/λt2=80℃

t1=200℃

5.2熱熱傳傳導(dǎo)（（導(dǎo)熱熱Conduction）例4-2有有一蒸蒸汽管管外徑徑為25mm，，管外外包以以兩層層保溫溫材料料，每每層厚厚均為為25mm。外外層與與內(nèi)層層保溫溫材料料的導(dǎo)導(dǎo)熱系系數(shù)之之比為為λ2/λ1=5，，此時時的熱熱損失失為Q。今將將內(nèi)、、外兩兩層材材料互互換位位置，，且設(shè)設(shè)管外外壁與與外層層保溫溫層外外表面面的溫溫度均均不變變，其其熱損損失為為Q’。求Q’/Q，說明明何種種材料料放在在里層層為好好。5.2熱熱傳傳導(dǎo)（（導(dǎo)熱熱Conduction）思考：分析保保溫瓶瓶的保保溫措措施有有哪些些？討論：①對對平壁壁一維維穩(wěn)定定熱傳傳導(dǎo)在在傳熱熱方向向上處處處傳傳熱速速率Q與熱通通量q相等；；②對對圓筒筒壁一一維穩(wěn)穩(wěn)定熱熱傳導(dǎo)導(dǎo)在傳傳熱方方向上上其傳傳熱速速率Q處處相相等，，但由由于各各處傳傳熱面面積不不同，，故其其熱通通量不不等；；③對對平壁壁求單單位面面積的的傳熱熱量或或熱損損失即即求熱熱通量量q；對圓圓筒壁壁求單單位長長度的的傳熱熱量或或熱損損失，，即求求Q/l；④熱熱導(dǎo)率率λ小，不不利于于導(dǎo)熱熱，但但有利利于保保溫；；⑤多多層材材料間間應(yīng)緊緊密接接觸，，若有有空隙隙則其其總的的導(dǎo)熱熱能力力下降降，因因為其其間隙隙充滿滿氣體體，氣氣體的的熱導(dǎo)導(dǎo)率小小于固固體；；⑥采采用多多層保保溫措措施時時，熱熱導(dǎo)率率小的的材料料置于于內(nèi)層層有利利于保保溫；；5.2熱熱傳傳導(dǎo)（（導(dǎo)熱熱Conduction）⑦熱熱損失失與保保溫層層厚度度有圖圖所示示的關(guān)關(guān)系，，為什什么會會有兩兩種不不同的的情況況？⑧當(dāng)當(dāng)保保溫層層厚度度大于于臨界界厚度度的情情況下下，是是否厚厚度增增加就就有利利？5.3間間壁壁兩側(cè)側(cè)流體體的熱熱量傳傳遞5.3.1間間壁兩兩側(cè)流流體熱熱交換換T2T1t1t2Ttdl圖5-11套管換熱器示意用于加加熱或或冷卻卻物料料的流流體稱稱為載熱體體，其中中起加加熱作作用的的叫加熱劑劑，起冷冷卻作作用的的叫冷卻劑劑。規(guī)定：：冷流流體溫溫度用用t表示，，熱流流體溫溫度用用T表示，，下標(biāo)標(biāo)1，2分別代代表進(jìn)口與出口參數(shù)，，ms1，ms2分別表表示熱流體體、冷流體體的質(zhì)量量流量量。5.3.1間間壁兩兩側(cè)流流體熱熱交換換傳熱過過程在在流動動的流流體中中也存存在傳傳熱邊邊界層層，同同樣包包括湍湍流主主體、、過渡渡區(qū)、、層流流底層層；在在湍流流主體體中熱熱量傳傳遞主主要靠靠對流流傳熱熱，導(dǎo)導(dǎo)熱的的作用用很小小可以以忽略略不計計；在在層流流體底底層中中由于于流體體層間間沒有有質(zhì)點點的交交換，，主要要靠熱熱傳導(dǎo)導(dǎo)傳遞遞熱量量，傳傳熱阻阻力大大、溫溫度變變化大大；在在過渡渡區(qū)不不僅有有熱傳傳導(dǎo)也也有對對流傳傳熱，，兩者者的作作用相相當(dāng)，，均不不能忽忽略。。流動的流體體傳熱的阻阻力主要集集中在層流底層，所以要強(qiáng)強(qiáng)化傳熱，，主要的措措施是破壞壞層流底層層，降低層層流底層的的厚度。間間壁的導(dǎo)熱熱過程可以以用導(dǎo)熱速速率方程描描述，那么么給出對流流給熱速率率方程是弄弄清楚間壁壁兩側(cè)流體體傳熱的關(guān)關(guān)鍵。TTWtWt熱流體冷流體δt金屬壁δt圖5-12熱、冷流體通過間壁傳熱過程示意t'T'tbTb5.3.2對流給給熱（1）對流流給熱分類類無相變：強(qiáng)制對流給熱自然對流給熱有相變：蒸汽冷凝給熱液體沸騰給熱（2）對流流給熱速率率方程（牛牛頓冷卻定定律）假設(shè)：在熱流體體中將流體體中全部的的傳熱阻力力（包括湍湍流主體中中的對流傳傳熱阻力、、過渡區(qū)中中的導(dǎo)熱和和對流傳熱熱阻力、層層流底層中中的導(dǎo)熱阻阻力）集中中在一定厚厚度δt的流體層中中，并且該該層只有導(dǎo)導(dǎo)熱沒有對對流，這樣樣流體中復(fù)復(fù)雜的對流流傳熱過程程就轉(zhuǎn)化為為一定厚度度的流體中中的導(dǎo)熱問問題，就可可以用導(dǎo)熱熱速率方程程來描述流流體中的對對流給熱過過程。5.3.2對流給給熱令對流給熱系系數(shù)，W?m-2?℃-1熱流體側(cè)：冷流體側(cè)：牛頓冷卻定律但以上方程程無法直接接應(yīng)用于換換熱器，為為什么？因為換熱器器中流體在在管長的不不同位置溫溫度不同，，兩側(cè)流體體的溫度差差也不相同同；所以必必須在流體體流動方向向上取微元元段dl進(jìn)行分析；；在微元段段dl中，傳熱間間壁的內(nèi)側(cè)側(cè)傳熱面積積為dA1，外側(cè)面?zhèn)鱾鳠崦娣e為為dA2；如圖，管管內(nèi)為冷流流體，管外外為熱流體體，微元管管段上熱流流體的對流流給熱溫差差為T-TW，冷流體的的對流給熱熱溫差為tW-t，在間壁上上導(dǎo)熱的溫溫差為TW-tW。5.3.2對流給給熱T2T1t1t2Ttdl圖5-11套管換熱器示意熱流體傳給管壁的熱流量：

間壁熱傳導(dǎo)的導(dǎo)熱量：

5.3.2對流給給熱熱流體傳給管壁的熱流量：

間壁熱傳導(dǎo)的導(dǎo)熱量：

管壁傳給冷流體的熱流量：5.3.3總傳熱熱速率方程程間壁兩側(cè)流體的傳熱在穩(wěn)定情況下，熱流體對流給熱、間壁導(dǎo)熱、冷流體的對流給熱速率相等，即：

令總熱阻總傳熱速率方程局部（微元管段）的總傳熱系數(shù)，W?m-2?℃-1

5.3.3總傳熱熱速率方程程工程計算中中，按某一一定性溫度度→確定物性參參數(shù)→計算α→將α看作作常常數(shù)數(shù)→求得得K也是是常常數(shù)數(shù)→求出出T-t的平平均均值值→沿全全部部傳傳熱熱面面積積分分得得總傳熱速率方程（傳熱基本方程）Q———換換熱熱器器單單位位時時間間內(nèi)內(nèi)的的傳傳熱熱量量，，W；；A———換換熱熱器器的的傳傳熱熱面面積積，，m2；K———換換熱熱器器的的總總傳傳熱熱系系數(shù)數(shù)，，W??m-2?℃℃-1或W??m-2?K-1；Δtm———冷冷熱熱流流體體溫溫度度差差的的平平均均值值，，℃或K。。5.3.4傳傳熱熱量量Q的計計算算（（不不考考慮慮熱熱損損失失及及化化學(xué)學(xué)變變化化））（1））熱熱量量衡衡算算式式熱流流體體：：無無相相變變時時，，Q=ms1cp1(T1-T2)有相相變變時時，，Q=ms1[r1+cp1(T1-T2)]冷流流體體：：無無相相變變時時，，Q=ms2cp2(t2-t1)有相相變變時時，，Q=ms2[r2+cp2(t2-t1)]根據(jù)不不同的的情況況計算算傳熱熱量，，如冷、熱熱兩流流體均均無相相變時時：Q=ms1cp1(T1-T2)=ms2cp2(t2-t1)熱流體體飽和和蒸汽汽冷凝凝：Q=ms1r1=ms2cp2(t2-t1)冷流體體飽和和液體體沸騰騰：Q=ms2r2=ms1cp1(T1-T2)以上三三中傳傳熱量量計算算式的的條件件：①Q(mào)損=0；②ms1、ms2為常數(shù)數(shù)；③cp1、cp2為常數(shù)數(shù)。5.3.4傳傳熱量量Q的計算算（不不考慮慮熱損損失及及化學(xué)學(xué)變化化）（2））校核核計算算A已知，，核算算換熱熱器是是否合合用可用傳熱任務(wù)要求的或可用5.3.5總總傳傳熱系系數(shù)（1））K的計算算①當(dāng)傳傳熱面面為平平壁時時，dA1=dAm=dA2=dA②當(dāng)傳熱面面為圓筒壁壁時，dA1≠dAm≠dA2≠dAdA=dA2即以外表面面積為基準(zhǔn)準(zhǔn)時，換熱管外側(cè)流體α換熱管內(nèi)側(cè)流體α5.3.5總傳傳熱系數(shù)對圓管以換熱管外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)5.3.5總傳傳熱系數(shù)當(dāng)dA=dA1即以內(nèi)表面面積為基準(zhǔn)準(zhǔn)時，以換熱管內(nèi)表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)要用以上式式子求K，則須先求求α，α=？5.3.5總傳傳熱系數(shù)（2）污垢垢熱阻流體在間壁壁兩側(cè)流動動久而久之之會在間壁壁表面形成成污垢，其其產(chǎn)生的熱熱阻也應(yīng)計計入總熱阻阻：外表面積積為基準(zhǔn)準(zhǔn)總傳熱阻力管內(nèi)污垢熱阻管外污垢熱阻管外流體對流給熱阻力管內(nèi)流體對流給熱阻力間壁導(dǎo)熱阻力常見流體體污垢的的大致范范圍見表表5-5。5.3.5總傳傳熱系數(shù)（3）K的大致范圍圍在進(jìn)行換熱熱器的計算算時，要估估計冷、熱熱流體間的的總傳熱系系數(shù)。總傳傳熱系數(shù)K值數(shù)值范圍圍見表5-5。K變化范圍很很大，應(yīng)對對不同類型型流體間傳傳熱時的K值，有一數(shù)數(shù)量級的概概念。（4）提高高K值途徑的討討論顯然，減小小分母中的的任一項，，都可使K值增大。但但因各項所所占比重不不同，要設(shè)設(shè)法減小對對K值影響較大大的項。5.3.5總傳傳熱系數(shù)①換熱器器結(jié)垢嚴(yán)重重時，必須須設(shè)法減小小污垢的熱熱組，如減減慢污垢生生成的速率率或及時清清除污垢，，就成為主主要考慮的的方面。②當(dāng)污垢垢熱組和管管壁熱組很很小可以忽忽略不計時時提高α就成為應(yīng)主主要考慮的的方面。a、若α1、α2相差不大，，須設(shè)法同同時提高α1、α2。b、若α2>>α1，K≈α1，K幾乎完全取取決于α1。因此要提高高K值關(guān)鍵在于于提高較小小的一個α值。5.3.5總傳傳熱系數(shù)注：①傳熱間間壁為圓筒筒壁時，dA1≠dA2≠dAm，存在基準(zhǔn)準(zhǔn)問題，由由于換熱器器系列中均均為外表面面積A2，故沒有特特別說明情情況下，均均以外表面面積為基準(zhǔn)準(zhǔn)；但不論論采用哪種種基準(zhǔn)計算算得到的傳傳熱量Q相同；②下標(biāo)2代表管外外，1代表表管內(nèi)（ms1cp1代表熱流體體，ms2cp2代表冷流體體），K與α1、α2、λ、d1、d2、Rs1、Rs2等參數(shù)有關(guān)關(guān)，即與間間壁結(jié)構(gòu)、、流體性質(zhì)質(zhì)、兩側(cè)流流體的流動動狀況有關(guān)關(guān)；③在應(yīng)用用總傳熱速速率方程時時，若K以外表面積積為基準(zhǔn)，，則A=A2；若K以內(nèi)表面積積為基準(zhǔn)，，則A=A1；5.3.6傳熱熱面積的計計算套管換熱器以外表面積為基準(zhǔn)以內(nèi)表面積為基準(zhǔn)內(nèi)管外徑內(nèi)管內(nèi)徑列管換熱器以外表面積為基準(zhǔn)以內(nèi)表面積為基準(zhǔn)傳熱管外徑傳熱管內(nèi)徑總傳熱管數(shù)5.3.7平均均溫度差Δtm的計算5.3.7.1恒恒溫差傳傳熱（間壁壁兩側(cè)均為為相變化傳傳熱）若間壁兩側(cè)側(cè)流體均為為相變對流流傳熱，即即飽和蒸汽汽冷凝和飽飽和液體沸沸騰，如蒸蒸發(fā)單元操操作，熱流流體在換熱熱器中處處處的溫度均均為T，冷流體在在換熱器中中處處溫度度均為t，故：5.3.7平均均溫度差Δtm的計算5.3.7.2變變溫差傳傳熱在實際中常常見的是變變溫差傳熱熱，兩流體體在換熱器器中不同位位置傳熱溫溫度差Δt不同；間壁壁兩側(cè)流體體的流動形形式各種各各樣，但最最基本的有有兩種形式式：逆流、、并流圖5-13兩側(cè)流流體均無相相變時的溫溫度變化T2T1t2t1并流Δt1Δt2T2T1t1t2dTdt逆流Δt2Δt2Δt1TTt1t2（a）蒸汽冷凝加熱無相變流體ttTT（b）無相變流體加熱液體沸騰圖5-13一側(cè)流流體相變時時的溫度變變化5.3.7平均均溫度差Δtm的計算5.3.7平均均溫度差Δtm的計算（1）以逆逆流為例導(dǎo)導(dǎo)出計算平平均溫度差差Δtm的通式取一微元傳傳熱面dA①經(jīng)dA的傳熱速率率為dQ=K（T-t）dA=KΔtdA②對dA進(jìn)行熱量衡衡算（冷、、熱流體均均無相變化化）dQ=-ms1cp1dT=-ms2cp2dt③對對整整個個換換熱熱器器進(jìn)進(jìn)行行熱熱量量衡衡算算設(shè)Q損=0，，cp1、cp2分別別取取平平均均溫溫度度下下的的平平均均值值，，可可以以認(rèn)認(rèn)為為是是常常數(shù)數(shù)，，冷冷、、熱熱流流體體均均無無相相變變化化，，Q=ms1cp1（T1-T2）=ms2cp2（t2-t1）5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算④導(dǎo)出計算算Δtm的通式5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算令對數(shù)平均均溫度差差，對逆流、、并流及及一側(cè)流流體變溫溫的情況況均適用用，是計計算Δtm的通式Δt1——熱流流體進(jìn)口口側(cè)的傳傳熱溫差差，℃；Δt2——熱流流體出口口側(cè)的傳傳熱溫差差，℃。傳熱基本方程式5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算（2）討討論①Δtm由逆流推推導(dǎo)得出出，但同同樣適用用于并流流逆流：Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1并流：Δt1=T1-t1，Δt2=T2–t2②若max(Δt1,Δt2)/min(Δt1,Δt2)<2，5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算例在一一列管式式換熱器器中用機(jī)機(jī)油和原原油換熱熱。機(jī)油油在管內(nèi)內(nèi)流動，，進(jìn)口溫溫度為245℃℃，出出口溫度度下降到到175℃；；原油油在管外外流動，，進(jìn)口溫溫度為120℃℃，出口口溫度上上升到160℃℃。（1））試分別別計算并并流和逆逆流時的的平均溫溫度差。。（2））若已知知機(jī)油質(zhì)質(zhì)量流量量ms1=0.5kg/s，定定壓比熱熱容cp1=3kJ/（kg?K），并并流和逆逆流時的的K均等于100W/（m2?K），求求單位時時間內(nèi)傳傳過相同同熱量分分別所需需要的傳傳熱面積積。5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算③逆流流與并流流比較a、當(dāng)T1、T2及t1、t2均已確定定時，Δtm逆>Δtm并，若Q相同，則則A逆<A并，所以工工業(yè)換熱熱器一般般是采用用逆流；；b、并流流t2總是<T2，逆流t2可以>T2，Q一定時若熱流體體被冷卻卻(T1→T2)，則冷冷卻劑溫溫升(t2-t1)逆>(t2-t1)并，冷卻劑劑用量ms2逆<ms2并；若冷流體體被加熱熱(t1→t2)，則加加熱劑溫溫降(T1-T2)逆>(T1-T2)并，加熱劑劑用量ms1逆<ms1并；結(jié)論：逆流比并并流優(yōu)越越，故應(yīng)應(yīng)盡可能能采用逆逆流操作作。但對對熱敏性性物料的的加熱并并流操作作可避免免出口溫溫度t2過高而影影響產(chǎn)品品質(zhì)量。。此外，，傳熱的的好壞，，除Δtm的大小外外，還應(yīng)應(yīng)考慮影影響K的多種因因素及換換熱器結(jié)結(jié)構(gòu)方面面的問題題。5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算對只有一一側(cè)流體體變溫的的情況，，則無逆逆流和并并流之分分飽和蒸汽汽（熱流流體）冷冷凝，冷冷流體無無相變T1T2t2t1并流T1T2t2t1逆流5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算熱流體無無相變，，飽和液液體（冷冷流體））沸騰T1T2t2t1并流T1T2t2t1逆流5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算5.3.7.3復(fù)復(fù)雜流動動Δtm的計算基本概念念：管程：流流體在換換熱器管管內(nèi)流動動殼程：管管束與換換熱器殼殼體之間間的空隙隙流體通過過換熱器器時只流流過一個個管程，，稱為單單管程；；若依次次流過多多個管程程，稱為為多管程程；單殼殼程、多多殼程的的概念與與之類似似，多殼殼程換熱熱器相當(dāng)當(dāng)于多臺臺換熱器器串聯(lián)。。單管程單殼程5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算雙管程單殼程×··×四管程×··××·×·5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算（1）簡簡單折流流（單殼殼程多管管程的流流動，殼殼程無折折流擋板板）換熱器中中的管子子總數(shù)不不變，總總傳熱面面積不變變，在封封頭中設(shè)設(shè)置隔板板改造成成多管程程；每一一管程中中的管數(shù)數(shù)減??；；如下表表將單管管程改為為雙管程程一些參參數(shù)的變變化情況況：單管程多管程總管數(shù)nn每程管數(shù)n

n/2管內(nèi)流速總傳熱面積5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算簡單折流流：1-2折流、、1-4折流、、1-6折流、、1-3折流流都稱為為簡單折折流（一一邊流體體反復(fù)作作折流，，另一邊邊流體只只沿一個個平行方方向流動動，使兩兩邊流體體間有并并流與逆逆流交替替出現(xiàn)））。對于于有折流流的情況況，平均均溫度差差的計算算較復(fù)雜雜，如1-2折折流時的的溫度差差的計算算式：思考：若圖5-18中熱流流體為飽飽和蒸汽汽冷凝，，則（T1=T2=T）5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算（2）錯錯流（殼程裝有有圓缺形形檔板的的流動）兩流體體流動動方向向互相相垂直直。若若α2↓，K↓，為為提高高α2↑，使使K↑，可可設(shè)法法使u2↑，同同時迫迫使流流體按按規(guī)定定的路路徑多多次橫橫向流流過管管束，，增大大湍動動程度度（在在較低低的Re，Re>100即可可達(dá)到到湍流流）。。（3））復(fù)雜雜折流流（多多管程程、多多殼程程）實際上上，工工業(yè)換換熱器器并不不一定定都是是逆流流或并并流，，許多多情況況下采采用折折流、、錯流流等復(fù)復(fù)雜的的流動動，復(fù)復(fù)雜流流動的Δtm按下式計計算式中5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算討論：（1）單單管程改改為多管管程，殼殼程增加加折流擋擋板，雖雖然能提提高傳熱熱效果，，但同時時也增大大了流動動阻力；；（2）對對一側(cè)有有相變的的情況，，飽和液液體沸騰騰P→0，R→∞；飽和和蒸汽冷冷凝R→0；由由ψ~R、P關(guān)系圖可可知，ψ=1，其對數(shù)數(shù)平均推推動力均均按逆流流計算，，無需進(jìn)進(jìn)行溫差差校正；；（3）一一般ψ<1，當(dāng)當(dāng)ψ<0.8時，由由圖可知知P的微小變變化（t變化引起起的）使使ψ急劇變化化（特別別是下降降的情況況），導(dǎo)導(dǎo)致Δtm大大降低低，造成傳熱熱操作極極不穩(wěn)定定，因此此設(shè)計換換熱器時時應(yīng)使之之ψ>0.8，否否則經(jīng)濟(jì)濟(jì)上不合合理、操操作溫度度略有變變動，ψ↓↓，操作不不穩(wěn)定；思考：提高ψ的方法？？5.3.7平平均溫溫度差Δtm的計算改用多殼殼程：單殼程：：R=2.0，P=0.3時，ψ=0.86多殼程：：R=2.0，P=0.3時，ψ=0.97因此，要要增大溫溫差校正正因子，，可以增增加殼程程數(shù)。（4）若若蒸汽冷冷凝于殼殼程，由由于蒸汽汽本身的的對流給給熱系數(shù)數(shù)很大，，所以殼殼程安裝裝擋板的的距離比比一般的的換熱器器要大，，且擋板板間應(yīng)有有冷凝水水的排放放口。5.3.8壁壁溫的的計算對于穩(wěn)定定傳熱過過程熱流體側(cè)傳熱面積冷流體側(cè)傳熱面積平均傳熱面積5.4對對流流給熱與與對流給給熱系數(shù)數(shù)5.4.1對對流給熱熱系數(shù)的的影響因因素（1）引引起流動動的原因因：自然然對流和和強(qiáng)制對對流自然對流流：流體體內(nèi)溫度度不同，，導(dǎo)致密密度差異異，熱流流體上升升，冷流流體下降降，由于于流體溫溫度不同同而使流流體流動動的傳熱熱過程，，稱為自自然對流流給熱。。強(qiáng)制制對對流流：：由由外外力力作作用用（（輸輸送送機(jī)機(jī)械械））使使流流體體流流動動而而傳傳熱熱，，稱稱為為強(qiáng)強(qiáng)制制對對流流給給熱熱。。α強(qiáng)制制對對流流>>α自然然對對流流（2））流流體體流流動動形形態(tài)態(tài)流體體傳傳熱熱熱熱阻阻主主要要集集中中在在層層流流底底層層中中。。對對層層流流而而言言，，整整個個流流體體均均處處于于層層流流狀狀態(tài)態(tài)；；而而湍湍流流流流體體中中只只有有層層流流底底層層處處于于層層流流狀狀態(tài)態(tài)；；所所以以湍湍流流情情況況下下傳傳熱熱效效果果大大于于層層流流狀狀態(tài)態(tài)，，且且湍湍動動程程度度越越大大，，層層流流底底層層越越薄薄，，對對流流給給熱熱系系數(shù)數(shù)越越大大。。α湍流流>>α層流流5.4.1對對流流給給熱熱系系數(shù)數(shù)的的影影響響因因素素（3））流流體體的的性性質(zhì)質(zhì)影響響對對流流給給熱熱過過程程的的性性質(zhì)質(zhì)主主要要有有：：比比熱熱、、導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)、、粘粘度度、、密密度度等等。。如粘粘度度大大，，流流動動阻阻力力大大，，湍湍動動程程度度差差，，傳傳熱熱效效果果差差；；導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)大大，，層層流流底底層層中中熱熱阻阻小小。。一一般般比比熱熱大大、、導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)大大、、密密度度大大、、粘粘度度小小對對傳傳熱熱有有利利。。（4））傳傳熱熱面面形形狀狀、、大大小小、、位位置置及及流流通通截截面面，，是是否否發(fā)發(fā)生生相相變變等等流通通截截面面及及形形狀狀（（圓圓管管、、套套管管環(huán)環(huán)隙隙、、翅翅片片管管、、單單管管、、管管束束、、板板、、彎彎管管））管子子排排列列方方式式（（三三角角形形、、正正方方形形））位置置（（水水平平、、垂垂直直））大小?。ǎǘ潭坦芄堋?、長長管管））相變變（（無無相相變變、、沸沸騰騰、、冷冷凝凝））5.4.1對對流流給給熱熱系系數(shù)數(shù)的的影影響響因因素素補(bǔ)充充：：自自然然對對流流環(huán)環(huán)流流流流速速流動動的的推推動動力力為為密密度度不不同同引引起起的的靜靜壓壓差差，，則則液體的密度隨溫度變化的關(guān)系式如：緊靠壁面處密度（溫度高時）ΔT

=T'-T體積膨脹系數(shù)5.4.1對對流流給給熱熱系系數(shù)數(shù)的的影影響響因因素素自然然對對流流的的強(qiáng)強(qiáng)弱弱與與加加熱熱面面的的位位置置密密切切相相關(guān)關(guān)。。水水平平加加熱熱面面的的上上部部有有利利于于產(chǎn)產(chǎn)生生較較大大的的自自然然對對流流(如如圖圖a所所示示)，，故故房房間間采采暖暖用用的的加加熱熱器器應(yīng)應(yīng)盡盡量量放放在在下下部部；；水水平平冷冷卻卻面面的的下下部部有有利利于于產(chǎn)產(chǎn)生生較較大大的的自自然然對對流流(如如圖圖b所所示示)，，故故劇劇場場的的冷冷氣氣裝裝置置應(yīng)應(yīng)放放在在劇劇場場上上部部。。熱平板圖a水平加熱面的對流情況冷平板圖b水平冷卻面的對流情況5.4.2因因次次分分析析在在對對流流給給熱熱中中的的應(yīng)應(yīng)用用（1））獲獲得得給給熱熱系系數(shù)數(shù)的的方方法法①分分析析法法：：對對描描寫寫某某一一類類給給熱熱問問題題的的偏偏微微分分方方程程及及其其定定解解條條件件進(jìn)進(jìn)行行數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)求求解解，，獲獲得得特特定定問問題題的的溫溫度度場場，，從從而而獲獲得得給給熱熱系系數(shù)數(shù)和和傳傳熱熱速速率率的的分分析析解解。。②數(shù)數(shù)值值法法：：數(shù)數(shù)值值求求解解法法是是將將給給熱熱的的偏偏微微分分方方程程離離散散化化，，用用代代數(shù)數(shù)方方法法進(jìn)進(jìn)行行求求解解而而得得到到給給熱熱系系數(shù)數(shù)和和給給熱熱速速率率的的方方法法。。③實驗法：：通過實驗驗來獲得不不同情況下下的給熱計計算式（常常為關(guān)聯(lián)式式或經(jīng)驗式式）。為減減少實驗工工作量，提提高實驗結(jié)結(jié)果的通用用性，應(yīng)當(dāng)當(dāng)在量綱分分析的指導(dǎo)導(dǎo)下進(jìn)行；；即對某一一類給熱問問題，將影影響給熱系系數(shù)的因素素用量綱分分析歸納成成幾個無量量綱的特征征數(shù)，以減減少變量數(shù)數(shù)目，再用用實驗確定定這些特征征數(shù)之間的的具體關(guān)系系。5.4.2因次分分析在對流流給熱中的的應(yīng)用（2）因次次分析在對流流給熱中的的應(yīng)用根據(jù)前面的的分析可知知，影響對對流給熱系系數(shù)的因素素有（無相相變）：（1）流體體物性：μ、ρ、λ、cp（2）流動動狀態(tài)：u（3）傳熱熱面特征尺尺寸：l（4）自然然對流：βΔTg（視為一個個變量，相相當(dāng)單位質(zhì)質(zhì)量流體由由于溫度不不同所產(chǎn)生生的浮力））所以對流給給熱系數(shù)是是以上七個個變量的函函數(shù)：令5.4.2因次分分析在對流流給熱中的的應(yīng)用對SI制基基本量綱有有七個，在在此關(guān)系有有涉及到四四個量綱，，包括長度度L、質(zhì)量量M、時間間T、溫度Θ；所以關(guān)聯(lián)聯(lián)式中各變變量的因次次分別為：：（W?m-2?℃-1）（Pa?s）（kg?m-3）（W?m-1?℃-1）（m）（J?kg-1?℃-1）（m?s-1）（m?s-2）5.4.2因次分分析在對流流給熱中的的應(yīng)用把以上因次次代入關(guān)聯(lián)聯(lián)式根據(jù)因次一一致性原則則：解得：

5.4.2因次分分析在對流流給熱中的的應(yīng)用令：

努塞爾特準(zhǔn)數(shù)，

反映對流與純導(dǎo)熱時傳熱能力的比值；

雷諾準(zhǔn)數(shù)，慣性力與粘性力的比值，表征流體流動型態(tài)對對流給熱的影響；強(qiáng)制對流時影響顯著，自然對流時影響微小；5.4.2因次分分析在對流流給熱中的的應(yīng)用普朗特準(zhǔn)數(shù)，反映流體物性對對流傳熱的影響；液體Pr>1，氣體Pr<1接近1；格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)，反映自然對流對對流傳熱的影響。根據(jù)以上定義可以得到最終的關(guān)聯(lián)式：

討論：①根據(jù)據(jù)不同同的對對流給給熱過過程，，由實實驗確確定系系數(shù)K及指數(shù)數(shù)f、e、g值；如如強(qiáng)制制對流流、自自然對對流、、沸騰騰給熱熱、冷冷凝給給熱等等；②強(qiáng)強(qiáng)制對對流時時，Gr一一般可可忽略略，即即Nu=f(Re,Pr)自然對對流時時，Re一般般可忽忽略，，即Nu=f(Pr,Gr)③由實驗驗條件件所限限，得得到Nu=f(Re,Pr,Gr)關(guān)聯(lián)式式應(yīng)注注意應(yīng)應(yīng)用范范圍；；5.4.2因因次分分析在在對流流給熱熱中的的應(yīng)用用④由于流流體在在傳熱熱過程程中存存在傳傳熱邊邊界層層，所所以冷冷流體體從t上升到到tW，熱流流體從從TW降為T；故對對冷、、熱流流體的的物性性應(yīng)分分別取取(t+tW)/2、(T+TW)/2查取取或或計計算算；；當(dāng)當(dāng)壁壁溫溫的的計計算算需需要要確確定定對對流流給給熱熱系系數(shù)數(shù)（（α未知知需需試試差差）），，工工程程上上為為計計算算方方便便一一般般取取流流體體主主體體的的平平均均溫溫度度來來查查取取或或計計算算；；這這個個確確定定物物性性參參數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)值值的的溫溫度度稱稱為為定性性溫溫度度。有有些些情情況況下下，，定定性性溫溫度度不不一一定定取取進(jìn)進(jìn)出出口口的的平平均均溫溫度度，，如如取取膜膜溫溫（（進(jìn)進(jìn)出出口口平平均均溫溫度度與與壁壁溫溫的的平平均均值值））；；所所以以要要注注意意關(guān)關(guān)聯(lián)聯(lián)式式對對定定性性溫溫度度的的說說明明和和要要求求；；⑤定性尺尺寸（（特征征尺寸寸）根根據(jù)不不同傳傳熱面面而不不同，，它是是代表表傳熱熱面幾幾何特特征的的長度度量，，是直直接影影響對對流給給熱過過程的的幾何何尺寸寸；如如大空空間內(nèi)內(nèi)加熱熱面垂垂直高高度為為定性性尺寸寸，圓圓管定定性尺尺寸為為直徑徑，非非圓管管定性性尺寸寸為當(dāng)當(dāng)量直直徑；；⑥Nu=f(Re,Pr,Gr)適用于無相相變的對流流給熱。5.4.2因次分分析在對流流給熱中的的應(yīng)用總之，對流流傳熱是流流體主體中中的對流和和層流底層層中的熱傳傳導(dǎo)的復(fù)合合現(xiàn)象。任任何影響流流體流動的的因素（引引起流動的的原因、流流動型態(tài)和和有無相變變化等）必必然對對流流傳熱系數(shù)數(shù)有影響。。下面分四四種情況來來討論對流流給熱系數(shù)數(shù)的關(guān)聯(lián)式式，即：①強(qiáng)制對對流時的給給熱系數(shù)；；②自然對對流時的對對流給熱系系數(shù)；③蒸汽冷冷凝時的對對流給熱系系數(shù)；④液體沸沸騰時對流流給熱系數(shù)數(shù)；5.4.3強(qiáng)制對對流時的對對流給熱系系數(shù)強(qiáng)制對流情情況下，Gr對α的影響較小小，一般可可以忽略，，所以其中C、m、n由實驗測定定。5.4.3.1流流體在管內(nèi)內(nèi)作強(qiáng)制對對流的α（1）流體體在圓形直直管內(nèi)作強(qiáng)強(qiáng)制湍流時時的α①低粘度度（粘度<2倍常溫溫水的粘度度）的液體體和氣體或流體被加熱時n=0.4流體被冷卻時n=0.35.4.3強(qiáng)制對對流時的對對流給熱系系數(shù)上式的應(yīng)用用范圍及條條件：a、Re>104，流動是充充分湍流；；b、Pr=0.6~160，，一般流體體皆可滿足足；c、μ<2μ水的液體及氣氣體；d、l/d>50，即即進(jìn)口段占占總長的很很小一部分分，管內(nèi)的的流動是充充分發(fā)展的的。若l/d<50，則則α'=f1α，f1=（l/d,Re）。e、Nu、Re中的的特征尺寸寸l取d內(nèi)。f、流體物物性參數(shù)按按定性溫度度tm=(t1+t2)/2取。。液體Pr>1，被被加熱：：t↑，μ↓，u↑,δb↓,α↑，n=0.4;被冷卻：t↓，μ↑，u↓,δb↑,α↓，n=0.3;氣體Pr<1，被被加熱：t↑，μ↑，u↓,δb↑,α↓，n=0.4;被冷卻：t↓，μ↓，u↑,δb↓,α↑，n=0.3;對于氣體，，t↑，μ↑，λ↑，Pr基基本不變，，對空氣或或其他對稱稱雙原子氣氣體，Pr≈0.72，，Nu=0.02Re0.85.4.3強(qiáng)制對對流時的對對流給熱系系數(shù)②高粘度度的液體：：若流體平均均溫度與壁壁溫相差較較大或高粘粘度流體，，應(yīng)對粘度度進(jìn)行校正正：上式的應(yīng)用用范圍及條條件：a、Re>104；b、Pr=0.6~160；；c、特征征尺寸l取d內(nèi)；d、流體物物性參數(shù)按按定性溫度度tm=(t1+t2)/2取；；e、用tWm=(tW1+tW2)/2求求μW；f、不適適用于液態(tài)態(tài)金屬。一般情況下下，由于壁壁溫是未知知的，應(yīng)用用上式須試試差。但在在工程計算算中，也可可取以下近近似值：液體被加熱液體被冷卻5.4.3強(qiáng)制對對流時的對對流給熱系系數(shù)（2）流體體在圓形直直管內(nèi)作強(qiáng)強(qiáng)制層流時時的α①Gr<25000，自然然對流的影影響可以忽忽略此式適用范范圍及條件件：Re<2300，Gr<25000，0.6<Pr<6700，RePr(d/l)>10（（不適用于于管長很長長的情況）），特征尺尺寸取d內(nèi)；定性溫度度取tm=(t1+t2)/2，用用tWm=(tW1+tW2)/2求求μW。②當(dāng)Gr>25000時，自自然對流對對強(qiáng)制層流流α的影響不能能忽略，應(yīng)應(yīng)乘以校正正系數(shù)：注意：層流流時α很小，從而而K也很小，因因此在換熱熱器設(shè)計中中盡量避免免在層流條條件下傳熱熱。5.4.3強(qiáng)制對對流時的對對流給熱系系數(shù)（3）圓形形直管內(nèi)強(qiáng)強(qiáng)制過渡狀狀況時的α當(dāng)Re=2000~10000的過渡渡狀態(tài)時，，因湍動不不充分，層層流底層較較厚，熱阻阻大，α比湍流時小小，作為粗粗略估計，，可用Re>104的公式算出出Re>104值，然后乘乘以校正系系數(shù)f2（4）圓形形彎管內(nèi)作作強(qiáng)制對流流時的α流體在彎管管內(nèi)流動時時，由于離離心力的作作用，擾動動加劇，使使對流給熱熱系數(shù)加大大。彎管中的給熱系數(shù)直管中的給熱系數(shù)管內(nèi)徑彎管軸的曲率半徑5.4.3強(qiáng)強(qiáng)制對流流時的對對流給熱熱系數(shù)（5）非非圓形直直管內(nèi)作作強(qiáng)制對對流時的的α①用上述述關(guān)聯(lián)式式，但式式中的d要用代替替de②采用用專用的的關(guān)聯(lián)式式如對套管環(huán)隙隙，用水和和空氣等等進(jìn)行實實驗，得得到關(guān)聯(lián)聯(lián)式為：：這種方法法簡便，，但計算算結(jié)果不不夠準(zhǔn)確確。適用條件件：Re=12000~220000，，d1/d2=1.65~17，特特征尺寸寸為de，定性溫溫度取tm=(t1+t2)/2。。也可計計算其他他流體在在環(huán)隙中中作強(qiáng)制制湍流時時的α。5.4.3強(qiáng)強(qiáng)制制對對流流時時的的對對流流給給熱熱系系數(shù)數(shù)5.4.3.2流流體體在在管管外外作作強(qiáng)強(qiáng)制制對對流流時時的的α（1））流流體體垂垂直直流流過過單單根根管管的的α（2））流流體體橫橫向向流流過過管管束束的的αC1、C2和n的值值見見表表5-11。。上式的的適用用范圍圍及約約束條條件：：a、Re=5000~7000和和x1/d=1.2~5，，x2/d=1.2~5；；b、特特征尺尺寸取取管外外徑；；c、定定性溫溫度tm=(t1+t2)/2;d、流流速取取各排排最窄窄通道道處的的流速速。由于各各列的的α不同，，可按按下式式求出出整個個管束束的平平均α：5.4.3強(qiáng)強(qiáng)制對對流時時的對對流給給熱系系數(shù)（3））流體體在列列管換換熱器器管間間（裝裝有折折流擋擋板））流過過的αa、查查圖5-30；；b、當(dāng)當(dāng)Re=2000~106時適用條條件：：Ⅰ、換換熱器器管間間裝有有割去去25%（（面積積）的的圓缺缺形折折流擋擋板；；Ⅱ、Re=2000~106；Ⅲ、定性溫溫度tm=(t1+t2)/2;Ⅳ、tWm=(tW1+tW2)/2求求μW；Ⅴ、特特征尺尺寸de（根據(jù)據(jù)管束束排列列方式式而定定）;Ⅵ、管管外的的流速速根據(jù)據(jù)流體體流過過的最最大截截面積積S計計算。。5.4.3強(qiáng)強(qiáng)制對對流時時的對對流給給熱系系數(shù)（4））流體體在列列管換換熱器器管間間無折折流擋擋板的的α用管內(nèi)內(nèi)強(qiáng)制制對流流的公公式計計算，，但要要將式式中管管內(nèi)徑徑改為為管間間當(dāng)量量直徑徑。（5））液體體在有有攪拌拌器的的容器器中的的對流流傳熱熱系數(shù)數(shù)α容器直徑攪拌器直徑攪拌器轉(zhuǎn)速攪拌雷諾數(shù)傳熱壁面m值容器夾套內(nèi)壁蛇管外壁C值渦輪式平槳式推進(jìn)式2/30.620.360.540.621.010.870.835.4.3強(qiáng)強(qiáng)制對對流時時的對對流給給熱系系數(shù)5.4.3.3提提高對對流給給熱系系數(shù)α的途徑徑（1））從層層流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉橥牧髁鲿r，，Re↑，，α↑，應(yīng)應(yīng)力求求使流流體在在換熱熱器中中達(dá)到到湍流流流動動；（2））圓形形直管管時，，u總費(fèi)用經(jīng)常費(fèi)投資費(fèi)費(fèi)用u最適宜（3）列管換熱器管間加折流擋板時，設(shè)置折流板時u或de對α都有顯著作用（4））在管管內(nèi)加加麻花花鐵或或選用用螺紋紋管均均能使使湍動動程度度提高高，α↑，但但能耗耗↑。。5.4.4流流體體作自自然對對流時時的對對流給給熱系系數(shù)自然對對流時時α的大小小和流流體的的物性性、傳傳熱面面的大大小、、形狀狀、位位置及及傳熱熱面與與流體體間的的溫度度差都都有關(guān)關(guān)系，，情況況復(fù)雜雜，僅僅限于于討論論大空空間（（指邊邊界層層不受受干擾擾）的的自然然對流流。給給熱的的特征征數(shù)普普遍關(guān)關(guān)聯(lián)式式為：：Nu=f(Gr,Pr)，在在一定定范圍圍內(nèi)可可用冪冪函數(shù)數(shù)表示示適用范范圍及及條件件：①大大容積積（大大空間間）的的自然然對流流；②定定性溫溫度取取膜溫溫t膜=(tw+tm)/2;③特特征尺尺寸l：水平平管取取外徑徑，垂垂直管管取管管長，，垂直直板取取板高高；④Δt=tw-t?；?.4.5蒸蒸汽汽冷凝凝時的的對流流給熱熱系數(shù)數(shù)（1））蒸汽汽冷凝凝對流流傳熱熱過程程的熱熱阻如果加加熱介介質(zhì)是是飽和和蒸汽汽，當(dāng)當(dāng)飽和和蒸汽汽和低低于飽飽和溫溫度的的壁面面接觸觸時，，蒸汽汽將放放出潛潛熱并并冷凝凝成液液體，，冷凝凝對流流傳熱熱過程程的熱熱阻幾幾乎全全部集集中在在冷凝凝液膜膜內(nèi)。。這是是蒸汽汽冷凝凝對流流傳熱熱過程程的一一個主要特特點。設(shè)法法減小小液膜膜厚度度就是是強(qiáng)化化冷凝凝對流流傳熱熱的有效措措施。如果果加加熱熱介介質(zhì)質(zhì)是是過過熱熱蒸蒸汽汽，，且且tw>ts時，，則則壁壁面面上上不不會會發(fā)發(fā)生生冷冷凝凝現(xiàn)現(xiàn)象象，，蒸蒸汽汽和和壁壁面面間間進(jìn)進(jìn)行行的的是是一一般般對對流流傳傳熱熱，，此此時時熱熱阻阻將將集集中中于于壁壁面面附附近近的的蒸蒸汽汽層層流流底底層層中中。。蒸蒸汽汽的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)比比冷冷凝凝液液的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)小小得得多多，，故故飽飽和和蒸蒸汽汽冷冷凝凝對對流流傳傳熱熱系系數(shù)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大大于于過過熱熱蒸蒸汽汽的的對對流流傳傳熱熱系系數(shù)數(shù)。。因此，工工業(yè)上通通常使用用飽和蒸蒸汽作為為加熱介介質(zhì)，其其原因有有兩個：：一是飽飽和蒸汽汽有恒定定的溫度度，二是是它有較較大的對對流傳熱熱系數(shù)。。5.4.5蒸蒸汽冷冷凝時的的對流給給熱系數(shù)數(shù)（2）膜膜狀冷凝凝和滴狀狀冷凝膜狀冷凝凝：冷凝液能能夠潤濕濕壁面并并形成一一層完整整的液膜膜向下流流動。此此種冷凝凝壁面上上始終覆覆蓋著一一層液膜膜，蒸汽汽冷凝時時放出的的潛熱只只能以導(dǎo)導(dǎo)熱的形形式通過過液膜后后才能傳傳給壁面面。因此此膜狀冷冷凝的熱熱阻較大大。滴狀冷凝凝：若蒸汽中中混有油油脂類物物質(zhì)，或或者壁面面被油脂脂沾污時時，冷凝凝液不能能全部潤潤濕壁面面，而是是結(jié)成滴滴狀小液液珠從壁壁面落下下，重又又露出新新的冷凝凝面，這這種冷凝凝稱為滴滴狀冷凝凝。實驗驗結(jié)果表表明，滴滴狀冷凝凝α的比膜狀狀冷凝的的α大幾倍甚甚至幾十十倍。但但是滴狀狀冷凝在在工業(yè)上上沒有現(xiàn)現(xiàn)實意義義，難以以實現(xiàn)，，在工業(yè)業(yè)上遇到到的冷凝凝過程大大多數(shù)是是膜狀冷冷凝。5.4.5蒸蒸汽冷冷凝時的的對流給給熱系數(shù)數(shù)（3）蒸蒸汽冷凝凝時的α①理論論推導(dǎo)特征尺寸寸H取管長或或板高，，冷凝潛潛熱r按飽和溫溫度取，，其余物物性按液液膜平均均溫度tm=(tw+ts)/2取取。推導(dǎo)上式式的條件件：冷凝凝液膜為為層流；；蒸汽u=0，對對液膜無無摩擦阻阻力；冷冷凝潛熱熱以熱傳傳導(dǎo)方式式通過液液膜；冷冷凝液物物性為常常數(shù)。平均b、單根水平管外a、垂直管外或垂直板側(cè)5.4.5蒸蒸汽冷冷凝時的的對流給給熱系數(shù)數(shù)②實驗驗結(jié)果a、垂直直管外或或垂直板板側(cè)使用范圍圍及條件件：特征尺寸寸H取管長或或板高；；冷凝液膜膜為層流流，Re<1800；；冷凝潛熱熱r按飽和溫溫度ts取；其余物性性按液膜膜平均溫溫度tm=(tw+ts)/2取取。判斷時Re怎么么求？5.4.5蒸蒸汽冷冷凝時的的對流給給熱系數(shù)數(shù)M=ms/b單位長度度潤濕周周邊上冷冷凝液的的質(zhì)量流流量也稱稱冷凝負(fù)負(fù)荷。冷凝準(zhǔn)數(shù)5.4.5蒸蒸汽冷冷凝時的的對流給給熱系數(shù)數(shù)冷凝液膜為湍流，Re>1800計算步驟：假設(shè)為層流計算Re