对流受热面的换热计算
对流换热系数经验公式
对流换热系数经验公式流换热系数是热工学中重要的参数之一，用于描述流体与固体之间传热的能力。
在工程实践中，经验公式被广泛应用于估算流换热系数。
这些公式基于大量实验数据和数学模型的结果，可以在不需要复杂计算和精确数据的情况下，快速估算流换热系数。
常见的流换热系数经验公式可以分为两类：表观流换热系数经验公式和基本流换热系数经验公式。
表观流换热系数经验公式是根据表面上特定的物理现象和实验数据建立的。
这种公式主要用于估算被表面积限制而产生强制对流的情况下的流换热系数。
其中最著名的公式是Dittus-Boelter公式。
这个公式适用于流体为与壁面接触时液体或气体的传热，是工程实践中常用的公式之一、Dittus-Boelter公式的形式如下：Nu=0.023*Re^0.8*Pr^0.3其中Nu是表观流换热系数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数。
雷诺数是流体动量与粘性之比的无量纲数，普朗特数是冲击与传导传热之比的无量纲数。
这个公式适用于在平直管内被流体完全充满的情况下。
另一个常见的表观流换热系数经验公式是Sieder-Tate公式，用于粗糙管内的对流传热计算。
Sieder-Tate公式的形式如下：Nu=(f/8)*(Re-1000)*Pr/(1+12.7*(f/8)^0.5*(Pr^(2/3)-1))其中f是摩擦系数，由Darcy方程计算，Re是雷诺数，Pr是普朗特数。
这个公式主要用于对流传热比较复杂的状况。
基本流换热系数经验公式是根据流体与固体之间传热机理的基本原理建立的。
这种公式适用于在不同传热条件下的流换热系数估算。
其中最著名的公式是Nu-Prandtl公式和Churchill-Bernstein公式。
Nu-Prandtl公式适用于流体被不同形状物体包围的情况下。
公式的形式如下：Nu=C*Re^m*Pr^n其中Nu是流换热系数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数，C、m和n是经验系数。
这个公式的系数可以根据实验数据和数值方法进行拟合获得。
锅炉对流受热面计算
对流受热面的计算
第一节 对流受热面传热特点 第二节 对流受热面的传热计算 第三节 传热系数 第四节 温压计算 第五节 受热面布置和计算
15.1 对流受热面的传热特点
烟气 受热面 （1）传热方式 （2）对流受热面间的传热方式 （3）锅炉中以对流为主的受热面 （4）对流换热计算要点 （5）受热面外的对流换热系数
传热方式
烟气
对流
共存
辐射
CO2, H2O, SO2 三原子
受热面
主要对流（温度低，辐射小）
主要对流，所以按对流换热计算
对流受热面间传热方式
壁面导热 对流
对流+（辐射）
锅炉中以对流为主的受热面
凝渣管束（锅炉出口大间
距，不易结渣，降低渣温）
锅炉管束 对流过热器 再热器 省煤器 空气预热器
Fpj
H1 H2 H1 H2
F1 F2
辐射放热系数af
概念
烟气容积 ---- 受热面 近似认为气体层和包围它的壳壁之间的辐射传热问题
辐射传热量（假设壳壁为黑体）
Q 0 (ayTy4 AyTb4 )H
实际： 烟气黑度 烟气对壳壁辐射的吸收率
Re0.6
Pr0.33
纵向
18.7 W/m2C l/d>50
d
0.023CtCl
d dl
Re 0.8 Pr 0.4
Wy=6 m/s, d=51 mm, s1/d=2.5, s2/d=2.0, Z2=20, py=600 C Cs:管束几何布置方式的修正系数； Cz:烟气行程方向上管子排数的修正系数； Ct:考虑管壁温度对流体物性影响的温度修正系数； Cl:相对长度修正系数
对流传热系数的计算公式
对流传热系数的计算公式
对流传热系数是热传导中的一种传热方式，常用于热交换器、冷却塔、加热器等传热设备的设计与计算中。
对于流体在壁面上的流动，其对流传热系数与流速、温度、粘度等变量密切相关。
在实际应用中，针对不同的流体与流动状态，可采用不同的计算公式。
下面列举几种常用的对流传热系数计算公式：
1. 自然对流传热系数公式：
h = 1.13 * (gβΔT)^1/4
其中，h为对流传热系数，g为重力加速度，β为热膨胀系数，ΔT为壁面温度与流体温度的差值。
2. 强制对流传热系数公式：
Nu = CRe^mPr^n
其中，Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，C、m、n 为经验系数。
3. 线性对流传热系数公式：
h = kΔT
其中，k为比例常数，ΔT为温度差值。
需要注意的是，以上公式仅适用于理想条件下的流动状态，而实际应用中因存在多种不确定因素，其计算结果仅供参考，具体设计与计算仍需进行实际测试与验证。
- 1 -。
对流换热系数计算公式
对流换热系数计算公式
随着互联网的发展，流体力学的定量研究技术也在不断提高和强化。
在当今的工程应用中，对流换热系数是其中重要的几个尺度。
本文在全面分析基础上，讨论了对流换热系数的计算公式。
首先，根据法布尔-斯托克斯定律，对流换热系数可以用以下公式表示：
h=Nu L/D
其中，Nu为Nusselt数，L为物质的热传导长度，D为对流传热的导热长度。
在实际的计算中，需要进行一些不可避免的细化处理。
Nusselt 数Nu取决于流体条件和结构物的形状，因此可以通过收集数据和实验，提取的Nu的表达式来计算。
同样，物质的热传导长度L和导热长度D也可以通过实验数据或者试验结果进行估算，从而计算出对流换热系数 h。
对流换热系数是众多机械系统中变量中的关键尺度，反映了流体传热性能和机构热性能的息息相关性。
因此，使用正确的公式来精准计算对流换热系数，是改善机械操作能力和精度的重要手段。
对流受热面的换热计算
3、 工质侧热平衡方程 对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。
（1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器 （2）布置在水平烟道和尾部烟道中的过热器、再热器，省煤器及直流 锅炉的过渡区等受热面 （3）空气预热器中空气的吸热量
（1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。 这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面） 烟气的对流换热量和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受 热面）的对流换热量时，应从工质吸热的热量中扣除该受热面接受的炉膛 辐射热量，即
三、对流放热系数 根据传热学的知识，稳态强制对流换热的准则数方程为
Nu CRe n Prm
通过在试验室条件下的大量试验数据，确定方程中的系数和指数， 得到适合试验参数范围内的放热系数计算关联式，同时还应注意遵守式 中对各热物性参数所规定的定性温度。锅炉受热面对流放热系数的传热 计算采用了适合锅炉受热面通常工况（雷诺数 Re 范围）的计算式，并 在必要之处附加了与工程实际有关的修正系数
一、传热系数计算的一般表达式
k
h b sg 1 1h h b sg 2
1
1
w /m 2 C
式中
α1h —— 烟气对灰污层的管壁表面的放热系数； δh/λh —— 管壁灰污层的热阻，δh为灰污层厚度，λh为灰污层 的导热系数； δb/λb —— 管壁金属的热阻，δb为管壁厚度，λb为金属导热系 数，该项相对于其他各项小得多，可忽略不计； δsg/λsg —— 管内壁水垢的热阻，其中δsg为水垢层的厚度，λsg 为水垢层的导热系数，管内壁不允许存在水垢沉积， 该项可略去不计； α2 —— 工质对管内壁金属表面的放热系数。
炉膛辐射透射到屏后受热面的热量
对流换热计算式
关系式返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。
一、掠过平板的强迫对流换热应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。
沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总注意：定性温度为边界层的平均温度，即。
二、管内强迫对流换热(1) 流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。
计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。
(2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。
理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。
(3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。
还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。
下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。
(4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。
层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。
流态及范围适用范围关联式层流，充分发展段，光滑管常热流层流，充分发展段，光滑管常壁温层流，入口段 - 充分发展段，光滑管过渡流，入口段 - 充分发展段，气体，光滑管过渡流，入口段 - 充分发展段，液体，光滑管紊流，充分发展段，光滑管加热流体时， n=0.4 ；冷却流体时， n=0.3；紊流，充分发展段，光滑管紊流，粗糙管紊流，粗糙管三、绕流圆柱体的强迫对流换热流体绕圆柱体流动时，流动边界层与掠过平板时有很大的不同出现脱体流动和沿程局部 Nu 数发生大幅度升降变化的根本原因。
第四章 对流受热面的传热计算
分析与说明： 分析与说明：
（1） K ≠ K
'
即理论上传热系数的数值与计算面积有关。于是传热
量的数值也计算面积有关。所以在传热计算时必须搞清二者的关系。
（2） 由于一般锅炉的工质经过严格水处理及运行的煮炉情况， 水垢较少或无水垢，即
δ ⇒ 0 ， d 3 = d 4 = d n （管内径）
δm （3）由于金属的导热系数较大，金属的热阻可忽略不计，即 ⇒0。 λm
q f = a yσ 0T a gs − a gsσ T a y = a y a gsσ 0 T − T
4 y 4 0 hb 4 y
(
4 hb
)
而
q
f
=α
f
(T
y
− T hb
)
N e w to n 冷 却 公 式
αf =
σ y a gsσ 0 (T − T
4 y
4 hb
)
T y − Thb
Thb 1− y 3 = a y a gsσ 0T y Thb T y
同样可得到按垢层内表面为计算基础的传热系数
K'
K =
'
1 1 d4 δ h + α 1 d 0 λh d4 δ m + d λ m 1 d4 δ g + d λ g 2 d4 1 + d α 2 3
4
当燃用气体和液体燃料时，烟气为不含灰气流， 当燃用气体和液体燃料时 ， 烟气为不含灰气流 ， 有效辐射成分仅是三原子气体，此时， 有效辐射成分仅是三原子气体，此时，烟气的吸 收率不等于黑度，即烟气不能作为灰体来处理。 收率不等于黑度，即烟气不能作为灰体来处理。
对流受热面传热计算
F
(或f
)
Z
d
2 i
m2
4
(10 69)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 管外烟气横向冲刷 F ab Z1dl m2
(10 70)
• 烟道截面变化时取几何平均 F 2F F
F F
(10 70a)
第十章 对流受热面传热计算
三、回转式空气预热器旳受热面积、流通截面 积和当量直径
1、转子有效截面积Fa
（式10-71）
– 当壁面两侧旳放热系数相差悬殊时，取放热系数较小一侧旳管子表面 积作为计算受热面积。
– 当管子壁面两侧旳放热系数同属一种数量级，相差不大时，则取相应 于管子平均直径旳面积作为计算受热面积。
第十章 对流受热面传热计算
一、对流受热面旳面积
– 过热器、再热器和省煤器：H=管子外表面积 – 管式空预器：H=烟气侧和空气侧旳平均表面积 – 再生式空预器：H=2×蓄热板面积 – 附加受热面：H=炉墙面积×角系数（膜式壁角系数为1.0）
9. 求烟气黑度1
10. 求灰污壁温T2
11. 求烟气侧辐射放热系数r 12. 根据燃料种类、受热面布置选用污染系数、热有效系数、利用系数
13. 求传热系数K
14. 求对流传热量Qctr
15. 校核
Qctr Qcre
Q
100
Qcre
主受热面（对流过、再、省、屏、空）Q 2%
凝渣管Q 5%
则计算满足要求,不然重新假设烟气出口温度（第2步）计算。
Nu 0.023Re0.8 Pr 0.4 CLCt
(10 37)
• 超临界水和蒸汽旳放热系数[公式10-39，10-40]
二、扩张受热面旳对流放热系数（用于省煤器） 三、回转式空气预热器旳对流放热系数
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锅炉对流受热面的换热计算大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。
尽管这些受热面的结构布置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有所不同。
对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热量。
对流受热面换热计算的基本方程1.受热面的对流传热方程d j, kJ/kg K tH Q B ∆= 式中d Q ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以1kg 燃料（固体、液体）或31m ；燃料（气体）为基准；K ——传热系数,W/(m 2·℃)；t ∆——传热温压，℃；H ——参与对流换热的受热面面积，m 2；j B ——锅炉计算燃料量，kg/s 。
2.烟气侧热平衡方程对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的，为()0d y y lk ,kJ/kg Q h h h ϕα'''=-+∆式中 ϕ——保热系数，考虑散热损失的影响；yh '、y "h ——烟气在该受热面入口及出口截面上的平均焓值，kJ/kg ；0lk h ——对应于过量空气系数1α=时，漏入该段受热面烟气侧的冷空气焓值,kJ/kg ；α∆——该段受热面的漏风系数。
3.工质侧热平衡方程对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。
（1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。
这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即()d f j"Q ,kJ/kg D h h Q B '-=- 式中 f Q ——受热面吸收来自炉膛的辐射热量,kJ/kg ;D ——工质流量，kg/s ；"h 、h '——受热面出口及入口的工质焓值,kJ/kg 。
来自炉膛烟气的辐射热量f Q '可能不会全部被屏式过热器吸收，将有一部分热量f "Q 透射到屏后的其他受热面，另外屏间烟气的辐射热量也会投射到屏后的受热面上，用P "Q 表示。
所以，屏式过热器及其后的对流过热器的工质吸收炉膛的辐射热量为()f f f P ""Q Q Q Q '=-+来自炉膛的烟气辐射热量是由炉膛传热计算确定的，即 11f j "q F Q B βηH '=式中 1"F ——炉膛出口烟窗面积，m 2；β——考虑炉膛与屏相互辐射影响的修正系数；q H ——炉膛有效辐射受热面积的屏间热负荷；1η——沿炉膛高度面积热负荷的不均匀系数。
炉膛辐射透射到屏后受热面的热量按下式计算，即()f pf 1"",kJ/kg Q a x Q β'-=屏间烟气对屏后受热面的辐射热量为40p pj rp j "",kJ/kg aF T Q B σξ=(2)布置在水平烟道和尾部烟道中的过热器、再热器、省煤器及直流锅炉的过渡区等受热面内工质的吸热量按下式计算，即()d j",kJ/kg D h h Q B '-= （3）空气预热器中空气的吸热量为()ky 00d ky ky ky ",kJ/kg 2Q h h αβ∆⎛⎫'''=+- ⎪⎝⎭ 主要对流受热面的计算特点1、对流过热器和再热器的计算对流过热器和再热器均为烟气横向冲刷（顺列或错列），按平均烟气温度（进口截面和出口截面烟气温度的算术平均值）计算平均烟气流速，计算烟气量的过量空气系数亦取进口和出口过量空气系数的平均值。
过热器或再热器受热面吸收来自炉膛的辐射热lf Q 时，应在热平衡计算中考虑这部分热量。
在所计算的对流过热器或再热器前布置有凝渣管或屏式受热面的情况下，计算lf Q 时需计及凝渣管或屏式受热面的吸热量对lf Q 的影响。
计算燃烧产物管间辐射的辐射放热系数时，应考虑位于过热器或再热器受热面前和其间的气室空间容积的辐射，对平均有效辐射层厚度进行修正。
位于管束后的气室空间对管圈的辐射忽略不计。
当采用锅炉尾部竖井分隔烟道及烟气挡板调节再热蒸汽温度时，在两烟道中，分别按流经受热面计算区段的烟气份额计算烟气出口温度和焓值，而后按均匀混合计算进入到下一级受热面的入口烟气温度和焓值。
过热器（和再热器）中间均装有喷水减温器，通常以减温器为界分为两级独立的受热面进行计算。
如果减温器前后的受热面管组布置在同一烟气区段内，可合并在一起进行传热系数的计算，对两部分按其实际温度分别计算温压。
减温器前蒸汽流量q D 较减温器后的蒸汽流量h D 要小，其差值为喷水量D ∆，喷水减温器的热量平衡为()qjws q jw D h h D h '∆-=∆ 进一步可得D ∆值与减温器中蒸汽焓的降低值jw h ∆间的关系，即jw h q q q jws h D D D D h h ∆∆=-='-式中 q"h ——减温器前级受热面出口蒸汽焓，即减温器进口蒸汽焓；q h '——减温器后级受热面入口蒸汽焓，即减温器出口蒸汽焓；jws h ——进入减温器中喷水的焓。
2、蒸发管束及附加受热面的计算（一）凝渣管束一般情况下，凝渣管束布置在炉膛的出口，并且通常系炉膛水冷壁的延伸部分，管内介质系汽水混合物，可按错列管束计算。
由于凝渣管束往往直接布置在炉膛出口窗后，因此必须考虑吸收炉膛的辐射热，计算受热面的对流传热量时，应从凝渣管束的总换热量中扣除辐射换热量。
（二）直流锅炉过渡区在直流锅炉中，为了减轻锅内积盐所造成的危害，常将盐分容易沉积区域的受热面，布置在烟气温度较低的区域，称为过渡区域。
当锅炉给水品质足够高时，可以不限制过渡区域的布置位置。
在所有可能的负荷情况下，过渡区进口蒸汽湿度应不小于15%~20%，而过渡区受热面出口蒸汽过热度不小于20℃。
如在过渡区前装置了分离器，其进口的蒸汽可取为干蒸汽。
过渡区的计算与过热器受热面计算区别不大，过热度较低且数值不大于40℃时，过渡区的传热温压计算可简化为烟气平均温度与饱和温度之差；如过热度高于40℃，则需按有介质状态变化的情况，分段计算传热温压。
（三）转向气室在现代电站锅炉结构中，转向气室内常布置有敷壁管的受热面或稀疏的悬吊管受热面，烟气在转向气室中的流动速度较低，一般按辐射换热进行计算。
同时又由于转向气室中的换热量在整台锅炉的换热中所占的份额较小，因此，常作简化计算。
转向气室的换热方程为()f hg ,kJ/kg Q t H αϑ=-式中H ——换热面积，2m 。
转向气室的有效辐射层厚度可按气室的长、宽、高三维尺寸a 、b 、c 计算，即2.2,m 111s a b c=++ 计算辐射放热系数的定性烟气温度取烟气平均温度，灰污系数可近似选取：固体燃料0.0086 m 2·℃/W ，液体燃料0.007 m 2·℃/W ，气体燃料0.0055 m 2·℃/W.敷壁辐射受热面按与炉膛水冷壁受热面类似的方法计算。
对为数不多的悬吊管等，同样按辐射投影面计算，并考虑辐射角系数的修正。
当计算灰污壁温hg t 时，对受热面内不同介质的温度，应分别进行计算。
转向气室的换热量为各部分换热量之和。
（四）、过热器、再热器的附加受热面及悬吊管在过热器、再热器或其他主受热面区段内布置有另一种介质状态的附加受热面，或虽属同一介质状态，但属于单独计算的受热面时，附加受热面所吸收的热量包括在计算主受热面的烟气发热量中。
主受热面区段的敷壁管(包括烟道四壁、烟道顶部和底部)及主受热面的悬吊管等均属于附加受热面。
当附加受热面的数量不大于主受热面10%时，附加受热面的换热可按下述方法计算。
无论附加受热面与主受热面结构形式是否相同，通常因受烟气冲刷较差，计算受热面积时往往引入经验修正系数。
敷壁管按与水冷壁相同的方法计算，悬吊管按圆周受热面计算，修正系数可取为。
附加受热面的传热系数取等于主受热面的传热系数。
附加受热面与主受热面并联布置时，取烟气平均温度与附加受热面工质平均温度之差值作为附加受热面的传热温压。
当附加受热面串联在主受热面之后时，取烟气出口端温度与工质平均温度之差为传热温压。
换热计算式为fjfj j H K t Q B '∆=式中 H '——以修正系数修正后的附加受热面积,2m ；K ——主受热面传热系数，W/ (m 2·℃)；fj t ∆——附加受热面的传热温压，℃。
3、省煤器的计算省煤器的计算过程与过热器、再热器类似，两级布置省煤器的每一级的计算与单级省煤器的计算相同。
当进行省煤器的设计计算时，省煤器的计算吸热量可由汽水吸热平衡方程近似估算，即sm yx gl ph 4100,kJ/kg 100Q Q Q q η=-∑- 式中 yx Q ——1kg 燃料的有效利用热量；ph Q ∑——炉膛及各级受热面（除省煤器外）的吸热量，需代入由热平衡方程计算的数值。
当由炉膛沿烟气流程逐级计算受热面时，省煤器进口烟气温度为已知值，当从锅炉尾部逆烟气流程逐级计算受热面时，省煤器出口烟气温度为已知值。
无论哪一种情况，通常省煤器进口水温度是已知值。
省煤器中传热温压，按烟气和水相互流动方向所构成的系统进行计算。
在省煤器的计算中，计算流经省煤器的实际水流量sm Q 时，应考虑排污量、自用蒸汽量、喷水减温水量等。
当进行布置在尾部竖井分隔烟道中的省煤器计算时，需要考虑分隔烟道中流过的烟气份额，以确定烟气速度和计算省煤器出口温度。
4、空气预热器的计算管式空气预热器为单级布置时，可将其作为一个整体进行计算。
如空气预热器为双级布置，则上级（第二级）和下级（第一级）分别进行计算。
空气预热器的计算需依据空气的实际流量，合理估计漏风系数是很重要的，并需要考虑抽取温风的比例。
当全部空气均在空气预热器内加热时，对单级空气预热器或双级布置的空气预热器的第二级，空气侧出口过量空气系数为ky 11zf ""βαααII =-∆-∆式中1"α——炉膛出口过量空气系数；1α∆——炉膛漏风系数；zf α∆——制粉系统漏风数。
双级布置空气预热器的第一级，其出口过量空气系数为；ky ky 2""ββαI II =+∆式中 2α∆——第二级空气预热器的漏风；只有一部分空气在第二级空气预热器内加热时，第二级空气预热器按实际空气流量进行计算。