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4-4-4 传热单元数法 ( 又称热效率 - 传热单元数法 , 即 -NTU 法 )一、传热效率
实际传热速率和理论上可能的最大传热速率之比 .
1. 定义 :
2. : 用最大可能的流体温度变化量来计算maxQ
WCP 称为流体的热容量流率 , 下标 min 表示两流体中热容量流率较小者 , 并将此流体称为最小值流体 .
3. 热效率表达式 :
若热流体为最小值流体 :
若冷流体为最小值流体 :
可见 : 若能得出热效率 的值 , 便可求出 T2 或 t2 .
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二 . 传热单元数 NTU换热器的有效长度可以表示为 : L=H• 倍数 (H 可称为单元长度 )在四条假设基础上 :
dKn
CWH Phh
h
dKn
CWH Pcc
c 均为长度因次 , 称为
传热单元长度 .
2
1
t
tc tT
dt(NTU)
2
1
T
Th tT
dT(NTU) 均无因次 , 称为
传热单元数 .
其中 :
即 : L=Hh(NTU)h
L=Hc(NTU)cPhh
h CW
KS)NTU(
Pccc CW
KS)NTU(
PhhCW
KdS
tT
dT
PccCW
KdS
tT
dt
Pcc
t
t CW
dLKn
tT
dt2
1
Phh
T
T CW
dLKn
tT
dT2
1
2
1
T
T
Phh
tT
dT
dKn
CWL
2
1
t
t
Pcc
tT
dt
dKn
CWL
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三 . 与 NTU 的关系
单程并流 :
( 图 4-22) max
min
max
minmin
C
C1
C
C1)NTU(exp1
maxpmax
minpmin
)WC(C
)WC(C
minPmin )CW(
KS)NTU(
单程逆流 :
( 图 4-23)
max
minmin
max
min
max
minmin
C
C1)NTU(exp
C
C1
C
C1)NTU(exp1
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四 . 解题步骤
已知 : WhCPh WcCPc K S T1 t1
步骤 : 1. 判断最小值流体 4. 由 ( 或 )
2. 计算 (NTU)min 和 可求出 T2 ( 或 t2)
3. 计算或查图得 5. 由热平衡方程可求出 t2 ( 或 T2) max
min
C
C
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第五节 对流传热系数关联式4-5-1 对流传热系数的影响因素
1. 流体的种类和物性 4. 流体是否发生相变 2. 流体的温度 5. 流体流动的原因 3. 流体的流动状态 6. 传热面的形状、位置和大小
对流传热系数
无相变 有相变
强制对流 自然对流
管内 管外
圆形直管
弯管
非圆形直管
管束外的垂直流动
管间流动
蒸气冷凝
液体沸腾
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4-5-2 对流传热过程的因次分析一 . 流体无相变时的强制对流过程
l -传热设备的特征尺寸采用的因次分析方法:白金汉法无因次准数的数目 i=n-m=7-4=3
直接写出三个准数 1 2 3
准数式为: 1 = ( 2 , 3
)
Prc
Re lu
Nul p
321
Pr) Re,(fNu 举例 1 举例 2
Nu: 努赛尔特准数Re: 雷诺准数 Pr: 普兰特准数Gr: 格拉斯霍夫准数二 . 自然对流传热过程
Grtgl
Nul
2
23
3
1
)Gr Re,(fNu
Prc
p
3
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对流传热系数
无相变 有相变
强制对流 自然对流
管内
圆形直管
弯管
非圆形直管
管束外的垂直流动
管间流动
蒸气冷凝
液体沸腾
继续
管外
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返回
直列 正三角形错列 正方形错列
流动方向
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返回
直列 正三角形错列 正方形错列
流动方向
流体在错列管束外流过33060330 .. PrRe.Nu
流体在直列管束外流过33060260 .. PrRe.Nu
园缺挡板时 , 壳方流体 :
31550360 PrRe.Nu .
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对流传热系数
无相变 有相变
强制对流 自然对流
管内
圆形直管
弯管
非圆形直管
管束外的垂直流动
管间流动
蒸气冷凝
液体沸腾
强制湍流低粘度:
np
8.0i
i
n8.0
cud
d023.0:
PrRe023.0Nu
或
n=0.3 被冷却
n=0.4 被加热
返回
管外
pcPr
luRe
lNu
Pr) Re,(fNu
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对流传热系数
无相变 有相变
强制对流 自然对流
管内
圆形直管
弯管
非圆形直管
管束外的垂直流动
管间流动
蒸气冷凝
液体沸腾
继续
管外
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1. 液膜两侧的温差⊿ t 液膜层流时 , 若⊿ t 减小 , 冷凝速率减小 ,
液膜减薄 ;
2. 流体物性 密度 , 粘度 , 导热系数 , 冷凝潜热影响冷凝传热系数 ;
3. 蒸气的流速和方向 与液流同向 , ↑; 反向 , ↓; 反向但速度 很大 , 液膜被吹离壁面 , 急剧增大 ;
4. 蒸气中不凝气体的含量高 , ↓;
5. 冷凝壁面的影响
返回
膜状冷凝 滴状冷凝有利于减薄液膜厚度的因素 :
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液体沸腾
管内沸腾 ( 如蒸发 )
大容积沸腾 ( 如精馏塔釜 )
泡核沸腾 膜状沸腾不稳定膜状沸腾
T温度增加方向
返回
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第五节 对流传热系数关联式 对流传热系数的影响因素 :
1. 流体的种类和物性 4. 流体是否发生相变 2. 流体的温度 5. 流体流动的原因 3. 流体的流动状态 6. 传热面的形状、位置和大小
对流传热系数
无相变 有相变
强制对流 自然对流
管内 管外
圆形直管
弯管
非圆形直管
管束外的垂直流动
管间流动
蒸气冷凝
液体沸腾
计算时一定要注意定性温度、特征尺寸以及应用范围