管长对对流传热的影响

管长对对流传热的影响是会导致气体或液体的温度变化，并可能影响周围环境的温度。如果对流传热过程涉及到化学反应，还可能导致化学反应的加速或变化。对流传热是在流体流动进程中发生的热量传递的现象。主要是由于质点位置的移动，使温度趋于均匀。虽然液体和气体中热传递的主要方式是对流传热，但也常伴有热传导。通常由于产生的原因不同，有自然对流换热和强制对流两种。根据流动状态，又可分为层流传热和湍流传热。

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增大管长对流传热有影响吗

管内空气的流速对传热系数的影响是： 传热膜系数正比于流速的0.8 次方。 当空气流速增大时，传热膜系数增大 Q=ρ *Vs*Cp*(t2-t1) 。 当V 增大，Q 保持不变，温度随之减小，出口温度会降低。

列管式换热器的管径和长度对传热过程产生哪些影响

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管壳式换热器也称列管式换热器，是一种以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。管壳式换热器具有结构坚固、适应性强、选材广、易于制造及成本低等优点，在炼油、石油化工、医药、化工以及其他工业中广泛运用，他适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各方面［1］。本文通过对影响传热系数的因素－ 换热器结构、流体物理性质和污垢热阻等进行分析，以便在设计过程中合理调整结构参数使换热器提高化热性能，在换热器使用过程中合理维护防止换热性能恶化。

1· 传热系数

传热速率方程式［2］:

Q = AKΔtm( 1)

式中: Q———传热速率( 冷、热负荷) ，W

A———传热面积，m2

K———总传热系数，W· ( m2·℃) － 1

Δtm———平均温差，℃

在传热量Q 和冷、热流体温差确Δtm的情况下，设法提高传热系数K 可减小传热面积A，即减小换热器的结构尺寸，这一点在工程应用上有重要经济意义。

在绝大部分的化工操作中，两个传热流体是不相互混合的，两流体间的传热是通过管壁进行的。热流体向冷流体传递热量需经过三个过程。即热量通过层流底层的传热过程，热量通过间壁传热的过程，以及热量通过冷流体的层流底层的传热过程［1］。在化工操作过程中，随着时间的推移，作为冷、热流体的介质往往会在传热间壁的两边结垢，这种污垢的存在会影响传热。由于污垢的厚度和导热系数难以获得，因此，在工程一般用一个系数( 污垢热阻) 来计污垢对传热的影响。故传热系数可以用下式计算:



2 ·传热系数的影响因素

Nusselt 准数关系式:



对于一定的传热面和流动情况，当Re 和Pr 确定后，强制对流式的Nu 也就被决定。强制湍流下对流传热系数的准数关系式［2］:



2. 1 列管换热器结构

对流传热是流体主体中的对流和层流底层中的热传导的复合现象。任何影响流体流动的因素( 引起流动的原因、流动型态和有无相变化等) 必然对对流传热系数有影响［2］。Reynolds准数表示惯性力和粘滞力之比，是表征流动状态的准数。



2. 1. 1 换热管规格

换热管可选择外径规格在Φ14 ～ Φ57 mm 之间标准管。由于小直径换热管具有单位体积传热面积大，换热器结构紧凑，金属耗量少，传热系数高的特点，在换热器结构设计中，对于管程介质清洁、不易结垢的介质，采用小管径管束能有效增加换热面积。在换热面积相同条件下，采用Φ19 mm 管束比采用Φ25 mm 管束提高流体流速约30%，从而增加了湍流程度。

2. 1. 2 管子布局

标准换热器设计规范中规定了四种排列角度。30°和60°排列紧凑，相同壳径下可获得较大传热面积，具有较高的换热系数，但压降较高，且不利于机械清洗。而45°和90°排列适用于需要机械清洗的场合，且压降较小。从传热效果及压降角度分析90° ＞ 45° ＞ 60° ＞ 30°，其中30°和45°使用较多，采用30°排列可以比45°多排列约17%的换热管［3］。根据换热器设计规范要求，管间距t( mm) 不应小于1. 25 倍管外径，常用的管间距有25 mm( Φ19) 和32 mm( Φ25) 。

2. 1. 3 管程数



为增加换热面积，必须增加换热管数量N，而介质在管束中的流速随着换热管的增加而下降，结果反而是流体的传热系数降低，故增加换热管不一定达到所需换热要求。因此要保持流体在换热管束中较大流速可将管束分成若干程数，使流体依次通过各程换热管，以增加流体流速，提高对流传热系数［4］。换热器常用推荐流速范围见表1。

2. 1. 4 壳程内径

换热器通常采用多管程结构，壳程内径可根据经验计算:



2. 1. 5 折流板

为增进对壳程流体的扰动、提高壳程流体的对流传热系数，同时支撑换热管束以防止其挠曲变形，在列管式换热器的壳程通常设置有折流挡板，常见有弓形折流板、矩形折流板和圆盘—圆环形折流板，其中以圆缺形( 又称单弓形) 的构造最简单、对壳程流体的扰动最剧烈、支撑效果最佳，标准列管换热器中多采用此种。国内换热器设计标准规定折流板间距B( mm)最小为1 /5 壳程直径，且不小于50 mm。建议切割部分高度在0. 2 ～ 0. 45 倍壳体内径，通常选择切割率为20% ～ 25%。



通过式( 8) 可以看出减小折流板间距B 和壳程内径D 可以减小壳程流通截面积So，即在流量一定的条件下提高壳程流速，加强扰动。

2. 1. 6 折流杆

传统的装有折流板的管壳式换热器存在着影响传热的死区，流体阻力大，且易发生换热管振动与破坏。为了解决传统折流板换热器中换热管的切割破坏和流体诱导振动，并且强化传热提高传热效率，近年来开发了一种新型的管束支承结构—折流杆支承结构。

2. 2 换热管材质及厚度

换热管常用材料常用的为碳钢、低合金钢、不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金等。由于物质导热系数和物质的组成、结构、密度、压力和温度等有关，在工作压力、温度、介质腐蚀性等条件满足的情况下选择导热系数与壁厚比值较大者，即减小壁间传热导热热阻，提高传热系数。

2. 3 流体物理性质

导热系数、粘度、比热、密度等对对流传热系数α 的值影响也比较大。



Prandtle 准数表示速度边界层和热边界层相对厚度的一个参数，反映与传热有关的流体物理性质。

2. 4 污垢热阻

污垢热阻表示换热设备传热面上因沉积物而导致传热效率下降程度的数值，即换热面上沉积物所产生的传热阻力，又称污垢系数，指换热器换热表面上积有某种污垢( 如水垢、污泥、油污和烟灰等) 。污垢热阻的逐步形成，必将导致换热器传热系数的相应减小，促使换热器的传热性能日益恶化。对于容易结垢的介质，尽量提高流体流速，换热器间壁应定期清洗，以防止传热系数K 值的明显下降。

3 ·强化传热技术

对于管壳式换热器，强化传热［5 － 6］方法按是否消耗外加功率可分为有源技术( Active Technology ) 和无源技术( PassiveTechnology) ，前者消耗外加能量，后者不消耗能量。后者主要是使传热壁面的温度边界层减薄或调换传热壁面附近的流体。主要有2 种实施途径［7 － 10］: ( 1) 对传热表面的结构、形状适当加以处理与改造; ( 2) 在传热面或传热流路上设置湍流增进器，或在流体中加入添加剂，特别是加入适当的固体颗粒，不仅强化传热，还可以防垢和除垢。

4· 结论

( 1) 合理设计换热器结构，对实现工艺过程、提高传热效率、节省能源及降低设备投资等方面有重要意义。因此，设计换热器时应反复计算，综合分析，不断调整优化换热器结构，从而进一步提高整体传热效果，以获得满足工艺要求的最优结果。

( 2) 传热系数K 总是接近于α 小的流体的对流传热系数，且永远小于α 的值。因此传热系数K 受α 小的一侧控制。

( 3) 如传热间壁上的污垢很厚时，污垢热阻会大大降低设备的传热效果。因此容易结垢的介质，换热间壁应定期经常清洗，以防止换热器换热效果恶化。

管内局部表面传热系数沿管长方向如何变化

湍流流动下先减小，后增大，再减小。根据查询传热系数相关资料得知，管内局部表面传热系数沿管长方向变化是湍流流动下先减小，后增大，再减小。表面传热系数符号为h，(α)；q=h(Ts-Tr)。式中：Ts是表面温度，Tr是表征外部环境特性的参考温度。热学的量。SI单位：W/(m2·K)(瓦〔特〕每平方米开〔尔文〕)。牛顿冷却公式：流体被加热时q=h（Tw-Tf）。

列管式换热器的列管长度对传热过程会有哪些影响

传热温差。列管式换热器的列管长度对传热过程会有传热温差的影响，管式换热器在取暖环节中在暖气输送工程设备的一个很关键的装置，日常生活中更为熟悉的称列管式换热器是做管壳式换热器，其实就是一种间壁式换热器。

对流传热系数和管径的关系

对流传热系数和管径的关系是物体表面附近的流体的流速愈大，其表面对流换热系数也愈大。流体与固体表面之间的换热能力，比如说，物体表面与附近空气温差1摄氏度，单位时间为一秒，单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。

对流传热系数的影响因素

流体流动的速度，流体的对流状况，流体的种类， 流体的性质，传热而的形状，位置和大小，不同形状的传热面。

影响较大的有流体的比热，导热系数，密度，粘度等，如导热系数大的流体，传热边界层的热阻就小，给热系数较大，粘度大的流体，在同等流速下，数小，传热边界层相应较厚，给热系数变小。

表面对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质，换热表面的形状，部位以及流体的流速等都有密切关系，如人处在风速较大的环境中，由于皮肤表面的对流换热系数较大，其散热（或吸热）量也较大，对流换热系数可用经验公式计算，通常用巴兹公式计算。

换热器，对于定态传热，热流密度不随时间而变，但沿管长是变化的，这句话怎么理解

稳态传热时，比如选取管道的某一截面，截面内外的温度是稳定的，热流密度也是不随时间变化的。而在管长方向上，如果是向外传热，流体的温度将会降低，而外部流体的温度也会产生变化，或升高，或降低（因逆流或顺流而异）。因此管长方向上换热系数必定是变化的。

为什么管径相同时短管此长管换热系数大,弯管比直管换热系数大?

这个是由于,传热学入口效应,在管道入口处边界层最薄,此时传热系数最大,之后沿着管道边界层开始发展,从而传热系数逐渐减少,因而短管和长管相比,在其他条件相同时,有相同的入口段长度,短管平均传热系数比长管大.

弯管系数大,也是因为弯管中边界层被破坏,换热系数大.

换热系数的大小和边界层有关.

相关详细内容:管内强迫流动 这一章节,学名为入口效应 entrance region

影响对流传热系数的因素有哪些

①流体流动的速度：传热边界层中的导热是对流传热的主要矛盾。显然，增大流速可以使传热边界层减薄，从而使得给热系数增大，使对流传热过程得以强化。②流体的对流状况：足采用自然对流抑或采用强制对流。显然，强制对流时流体的流速较自然对流为高。

对流传热系数的其他影响因素

1、流体的种类：液体、气体、蒸气。

2、流体的性质：影响较大的有流体的比热、导热系数、密度、粘度等。如导热系数大的流体，传热边界层的热阻就小，给热系数较大。粘度大的流体，在同等流速下，数小，传热边界层相应较厚，给热系数便小。

3、传热而的形状、位置和大小，不同形状的传热面，如圆管或平板或管束；是在管内还是管外，是垂直放还是水平放置，及不问的管径长度都对给热系数有影响。

湍流情况下，列管换热器的管程数的改变，对对流传热系数的影响？

由于管程数的增加导致管内流体流速增加，而对流传热系数α=0.023*Re^0.8*Pr^n，而Re与流速成正比，所以α等价于与u^0.8成正比，所以当管程数增加一倍时，对流传热系数增加2^0.8=1.74，当管程数增加四倍时对流传热系数则增加4^0.8=3.03。此乃小弟愚见忘各位参与讨论。 追问： 谢谢！这问题是 考研 的时候遇到的，现在毕业了，反而一点也看不懂说的是什么了。实在是惭愧啊。不过还是谢谢！

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为什么管内强制对流换热入口段平均对流换热系数比充分发展段大

管内流动涉及到边界层的发展，在入口阶段处于边界层的发展区，此处边界层较薄，有利于传热，因此这一段管内对流传热与长管内传热有明显不同，故提出了“入口效应”。

对于很长的直管流动，入口效应可以忽略。