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 .

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

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

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

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

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

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

返回

直列 正三角形错列 正方形错列

流动方向

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 .

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

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

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 :

返回

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

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