传热系数

关键词：

传热系数（精选九篇）

传热系数 篇1

建筑墙体的传热系数除了按GB/T 13475-2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》直接检测外, 还可以间接测试, 即先通过测出组成材料的导热系数, 然后结合砌体使用过程中的热流特性, 根据GB 50176-93《民用建筑热工设计规范》中复合结构热阻值的计算公式进行计算, 得到砌体的热阻值, 最后算出砌体的传热系数。

2 试样选择

本文选用的是以聚苯乙烯混凝土节能砌块为基材, 内外各粉刷20mm厚水泥砂浆的砌体为试样, 并依据GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》的要求制作聚苯乙烯混凝土的导热系数测定样品, 并按其要求测定导热系数。

3 砌块墙体传热系数的计算

3.1 聚苯乙烯混凝土导热系数的测定

首先按GB/T 10294-2008的要求, 将制作好的聚苯乙烯混凝土样品放入“PDR-3030B型导热系数测定仪”测出其导热系数为0.21W/ (m·K) , 干密度为1252kg/m3。

3.2 计算砌块热阻

砌块热阻计算示意图如图1所示。该砌块规格尺寸为290mm×180mm×190mm, 砌块的宽度为180mm, 外壁厚15mm, 肋厚为17mm, 如图1所示。在与传热方向垂直的面上, 将砌块分为9个传热单元, 每个传热单元的面积直接根据砌块尺寸计算, 单层材料的热阻按GB 50176-93中附2.1的公式R=d/λ计算, 多层材料热阻按GB 50176-93中附2.2的公式R=R1+R2+……+Rn计算, 计算过程如下:

(1) 传热面积计算。

总面积A0=0.29×0.19=0.0551m2

第一单元面积A1=0.015×0.19=0.00285m2

第二单元面积A2= (0.050-0.015) ×0.19=0.00665m2

第三单元面积A3=0.017×0.19=0.00323m2

第四单元面积A4= (0.156-0.015) ÷2×0.19=0.013395m2

第五单元面积A5=A1=0.00285m2

第六单元面积A6=A4=0.013395m2

第七单元面积A7=A3=0.00323m2

第八单元面积A8=A2=0.00665m2

第九单元面积A9=A5=A1=0.00285m2

(2) 砌块热阻的计算。第一、九单元的热阻相当, 其值为砌块110mm厚聚苯乙烯混凝土的热阻和70mm厚空气层热阻的和;第二、八单元的热阻相当, 其值为砌块60厚聚苯乙烯混凝土的热阻和120mm厚空气层的热阻之和;第三、七单元的热阻相当, 其值为砌块130厚聚苯乙烯混凝土的热阻和50mm厚空气层的热阻之和;第四、六单元的热阻相当, 其值为砌块60厚聚苯乙烯混凝土的热阻和120mm厚空气层的热阻之和;第五单元的热阻, 其值为砌块110厚聚苯乙烯混凝土的热阻和70mm厚空气层的热阻之和;查《建筑节能检测技术》 (第二版) 附录D表D-1得到一般垂直空气间层夏季状况的热阻Rg如表1。

第一、九单元热阻

第二、八单元热阻

第三、七单元热阻

第四、六单元热阻

第五单元热阻

(3) Ri、Re按GB50176-93中附表2.2和附表2.3取值, 内表面换热阻Ri取0.11m2·K/W, 外表面换热阻Re取0.05 m2·K/W。修正系数φ, 按GB50176-93中附表2.1取值, 采用φ=0.98。

(4) 根据GB 50176-93的规定, 将A1、A2、······、A9、R1、R2······R9、Ri、Re、φ的值代入复合结构的热阻GB50176-93中附2.3的公式, 经过计算得到砌块的平均热阻, 计算过程如下。

砌块的传热热阻计算如下:

砌块的传热计算如下:

至此, 砌块的热阻和传热系数已经通过检测和计算得出了, 可以作为本文聚苯乙烯混凝土砌块墙体传热系数的基础数据使用。

(5) 砌块砌体的平均热阻计算。砌块在实际使用时需要砌筑成为砌体, 计算砌体的热阻、传热阻、传热系数时要考虑砌筑砂浆的厚度和导热系数以及抹面砂浆的厚度和导热系数。在这样的情况下, 分步计算:先计算砌体中砌块的面积和砌筑砂浆灰缝的面积;按公式R=d/λ计算出砌筑砂浆灰缝的热阻 (本文视砌筑砂浆为均质材料) ;根据砌体中砌块和砌筑砂浆所占面积比例, 按面积加权的方法计算出砌体主体部位的平均热阻;测量抹面砂浆的厚度, 按公式R=d/λ计算抹面砂浆的热阻;在按多层材料复合结构热阻GB50176-93中附2.3计算公式, 计算出砌体的最终热阻;将以上得到的砌体最终热阻代入式和公式K=1/R0可以计算出砌体的传热阻和传热系数。计算过程如下:

这里设砌体中砌筑砂浆层的面积为As, 导热系数为λs, 热阻为Rs;砌块面积为Ab, 砌块热阻为Rb;砌体 (不含抹灰砂浆的砌块砌筑体) 的热阻为Rz;抹面砂浆的导热系数为λm, 热阻为Rm;砌筑体 (包括两面的抹面砂浆) 的热阻为Rq;砌筑墙体的传热阻为Rq0;砌筑墙体的传热系数为Kq;砌筑灰缝厚度为10mm, 抹面砂浆的厚度为20mm;计算1m2砌体的热阻。计算过程如图2所示。

查常用材料的热工参数, 得到砌筑砂浆层导热系数λs=0.93W/ (m·K)

砂浆层的热阻

根据2.2.4的计算, 知道砌块的热阻因此, 有:

4 结语

由以上计算可知, 聚苯乙烯混凝土节能砌块基材的导热系数为0.21W/ (m·K) , 外壁厚为15mm肋厚为17mm, 290mm×180mm×190mm的多排孔聚苯乙烯混凝土砌块, 用导热系数为0.93W/ (m·K) 的砂浆砌筑和抹灰, 砌筑灰缝为10mm, 双面抹灰厚度各为20mm的砌筑墙体的传热系数检测计算值Kq为1.39W/ (m2·K) 。

参考文献

[1]田斌守, 建筑节能检测技术 (第二版) , 中国建筑工业出版社, 2010

[2]GB50176-93, 民用建筑热工设计规范

[3]GB/T10294-2008, 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法

传热系数K的测定(教案) 篇2

实验四

换热系数K的测定

实验四

换热系数K的测定

一、实验目的

1、了解间壁式传热元件的研究和传热系数测定的实验组织方法。

2、掌握借助于热电偶测量进出口温度的方法

3、学会传热系数测定的试验数据处理方法

4、了解影响传热系数的因素和强化传热的途径

二、实验任务

1、在空气－水列管换热器中，测定两个不同水流量时一系列空气流量条件下冷、热流体进出口温度。

2、通过热量衡算方程式和传热速率方程式计算总传热系数的实验值。

三、实验原理

间壁式传热装置的传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，它是由热流体热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热过程所组成。在定态条件下，并忽略壁面内外表面的差异，则各环节的热流密度相等，即：

QTTwTwtwtwtq11 Ahc则： q1h1Tt推动力1c阻力

1式中 h、、分别为各传热环节对单位传热而言的热阻，工程上通常将c其写为Q=KA(T-t)，那么换热系数为：

K1h11c

由于冷流体的温度沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷、热流体温度成线形关系，故将推动力（T－t）用换热器两端温差的对数平均温差表示，即：Q=KA△tm（1）。对于一定态双管程列管换热器，热流体走壳程，体积流量为Wh，进口温度为T1，出口温度为T2；冷流体走管内，体积流量为Wc，进口温度为t1，出口温度为t2，热流体放出的热量等于冷流体得到的热量，即：

化工原理实验教案

实验四

换热系数K的测定

Q=WcρCpc(t2-t1)= WhρCph(T1-T2)则，Q=KA△tm＝ WcρCpc(t2-t1)即：

KWcCpc(t2t1)Atm

式中：A由换热器的结构参数而定，冷流体的体积流量Wc通过流量计测定，热流体进口温度T1和出口温度T2，冷流体的进口温度t1和出口温度t2，均由温度计测定，Cpc由冷流体的进出口平均温度决定。

四、实验装置和流程

五、实验步骤

1、打开装置总控制开关；

2、缓慢打开冷却水转子流量计阀门，调节冷水流量为40L/h；

3、先打开空气流量调节阀门（旁通阀），再启动风机（为什么？－）；

4、调节旁通阀的开度，使空气流量为10 L/h；

5、打开气体加热器的加热电源，调节加热电压控制热空气进口温度恒定在120～130之间任何某一刻度，待冷、热流体出口温度显示值保持10min以上不变时采集实验数据；保持冷水流量为40L/h，在空气流量分别为15、20、25L/h条件下采集相应实验数据，化工原理实验教案

实验四

换热系数K的测定

6、调节冷水流量为20L/h，在空气流量分别为10、15、20、25L/h条件下采集实验数据。

7、实验结束时，先关调压变压器开关，停止加热，将冷却水和空气流量调至最大，将装置冷至室温后，再将其流量调至最小，关闭总水阀和气泵；

8、上机处理实验数据，并打印处理结果，每小组打印一份。

六、思考题

1、启动风机前为什么要打开旁通阀？

2、为何要先打开热空气流量计阀门，再打开电源加热？

3、在整个实验过程中，如何控制热空气进口温度恒定？

七、注意事项

1、启动风机前先打开旁通阀。

2、先打开空气流量计阀门，再打开电源加热。

3、在整个实验过程中，通过调节加热电压控制热空气进口温度恒定在120～130之间任何某一刻度。

4、待冷、热流体出口温度显示值保持10min以上不变时方可同时采集实验数据。

八、作业

1、上机处理数据，并打印处理结果，每小组打印一份。

传热系数 篇3

关键词：含湿率 调节方法 传热系数

1 概述

检测的墙体传热系数结果不同。目前墙体传热系数检测广泛采用的试验方法为GB/T 13475-2008《绝热 稳态传热性质的测定 标定和防护热箱法》，标准中对于试验前的状态调节方法未进行统一规定；本单位检测按照DBJ 15-65-2009《广东省建筑节能工程施工质量验收规范》进行，虽然标准中对传热系数样品养护要求进一步细化，要求样品必须自然养护28天以上达到干燥状态下进行检测，但是对干燥状态如何定义，以及如何达到干燥状态，并没有明确的规定。

2 检测方法

目前采用的方法是自然养护至28天以上进行检测，为了验证检测仪器设备及检测技术的准确性，现采用下述方法进行墙体材料含湿率与墙体传热系数关系对比分析：①对养护至龄期的墙体进行传热系数检测。②检测完毕后，分别从墙体四周和中间五个部位钻芯取样，每个部位分成五层切割，包括两层砂浆及三层加气混凝土砌块，进行砌块及砂浆含湿率测定。③从墙体计量中间部位抽取一整块加气混凝土砌块及批荡砂浆层，人工切割进行导热系数检测，根据墙体构造图进行模拟验算。④将模拟计算结果与实际检测结果进行比对分析。

3 计算公式

模拟计算公式：K=1/R总

E总=Ri+∑R+Re

Ri=0.11（m2·k）/w

Re=0.04（m2·k）/w R=d/λ

K——传热系数，R——热阻，d——厚度，λ——导热系数。

4 试验内容

选取三幅墙体进行试验，墙体构造图如下：

①F-H000-0901844（图1）

②F-T031-0901860（图2）

③F-T053-0902029（图3）

试验结果如表1所示。

5 分析结果

①墙体含湿量状态调节效果不好。风干28天以上的墙体含湿率依然在20%以上，这对于墙体的热工性能有很大的影响，同时对检测过程也有较大的影响。②墙体传热系数理论计算值与实际检测数值差别较大。主要原因是较大的含湿率导致墙体内部传热方式发生了改变，湿传递过程中所引起的热量迁移使得墙体传热更容易，在单位时间内会传递更多的热量，从而导致检测结果偏大。另外湿迁移路线的多变也使墙体达到稳定状态所需要的时间变得难以控制。③从检测结果来看，传热系数随含湿率的增高有较大的增长，但并不呈线性规律。④从材料含湿率测定结果来看，抹面砂浆含湿率远小于砌块含湿率，究其原因与砂浆厚度较薄，且处于最外层位置，有利于水分的蒸发散失有关。影响墙体含湿率的主要原因是砌块的含湿率。在以后的检测过程中应适度控制砌筑时砌块的含湿率，缩短墙体的养护调节时间。

参考文献：

[1]孔凡红，郑茂余，韩宗伟，杨涛.新建建筑围护结构热质传递对建筑能耗的影响[J].暖通空调，2008（07）.

[2]白莉，齐子妹，于周丰.严寒地区围护结构结露及最大允许传热系数[J].建筑热能通风空调，2008（01）.

[3]朱丹.哈尔滨地区节能窗传热系数的研究[D].哈尔滨工业大学，2012.

集油管道传热系数计算初探 篇4

一、混输管道温降计算现状与改进

油气集输管线沿程温降计算是油气开采管理过程的重要内容之一, 关系到运行的安全性和经济性。由于混输管道是埋地敷设的, 其温降计算相当复杂, 目前没有适合工程应用的油气水混输埋地管道温降计算方法, 在工程中采用单相流的苏霍夫温降公式进行估算。

式中:tB、tt——管道起、终点温度, ℃;

qm——管道介质的质量流量, kg/s;

C——输送介质的比热容, kJ/ (kg·℃) ;

K——管内介质向管周围介质传热快慢的系数W/ (m2·K)

由于各大陆地主力油田已经进入特高含水期, 单相流动所确定的K值不适合现阶段的计算需求, 而集输管线距离的加长, 油水两相液体滑脱现象的存在, 有必要考虑液体间摩擦生热引起的温升。在北方地区每个月的环境温度变化较大, 应该考虑土壤温度周期性、时间延迟等因素对管线温降的影响。在忽略不可排除因素的情况下, 计算的K值要比实际情况偏小, 误差较大.

利用高等工程热力学、高等传热学、数学物理方程、流体力学及两相流等学科的知识, 考虑势能、土壤温度的年周期性变化及时间延迟, 可推导出两相流水平管道温降计算数学模型如下[5]:

式中T、iT——油水埋地混输管道内出口进口流体温度℃;

C——输送介质的比热容, kJ/ (kg·℃) ;

K——总传热系数, W/ (m2·K) ;

tam、tamax——大气年平均和最高温度;

X——管道埋深, m;

τ——距离最热大气温度时间;

τ0——年周期时间;

G——流体的质量流量, kg/s;

二、总传热系数拟合计算及及实例分析

我们采用最小二乘法对改进公式进行最小拟合K值计算:

选取大庆采油五厂杏五二~杏五一管段之间长L=9600, 埋深1m, 杏五二到杏五一管段的计算总传热系数数据[4].根据《管道计算手册》, 用苏霍夫公式进行计算[1]K值为0.9, 均方误差为0.71;采用改进的两相流公式计算K值为1.526769, 均方误差为0.1735;可以看出, 前面所得结果, 相对误差不大, 但用改进公式进行最小二乘法拟合均方误差更小, 其均方误差为前一个结果的24.78%.

为验证K值计算的正确性, 我们对大庆油田某采油厂集输管道的温降值进行了测试, 实测与理论计算结果比较如图1所示。根据图1进行分析, 理论计算温降值与试验测试值的误差<10%有21组, 占总的53.8%, 误差在10%~15%的有7组, 占总数的18.0%, 误差在15%~21%之间有1l组, 占总数的28.2%。由于所有数据差都在20%内, 说明所采用的总传热系数K值正确, 满足工程应用。

三、结束语

在工程中, 苏霍夫公式已经不适合现阶段高含水期的油田工况计算, K值偏小, 误差较大;利用改进的两相流公式, 则可以针对原油实际情况, 取多组数据, 在不受约束的条件下, 计算得出K数值, 与采用人工经验选取公式计算相比精度更高、误差更小, 对于原油管道优化与节能降耗具有一定的实用价值.

摘要：无论管道设计还是节能降耗, 对管线内的温降研究都是必不可少的。而总传热系数的精准与否直接影响温降的计算效果, 在工程上原有的计算公式及方法容易造成较大偏差, 采用改进的计算公式并运用拟合计算方法可使所得总传热系数精度更高。

关键词：温降,传热系数,集输系统,数值拟合

参考文献

[1]王克亮、王嘉鹏、马士平:《葡萄花油田油井降温集输参数控制》[J].2009 (4) :79-80.

[2]陈丰民:《采油五厂埋地集输管道保温技术研究》[J].2003.7

传热系数现场检测中的数值模拟 篇5

关键词：建筑节能,传热系数,数值模拟,现场检测

0 前言

我国现有建筑的围护结构,特别是外墙、外窗的保温性、气密性差,热损失十分严重。根据近30年来能源界的研究和实践,普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式,是缓解能源紧张、夏季供电高峰矛盾及解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一[1]。

建筑节能是目前建设行业面临的重大课题,其中最重要的课题之一是建筑节能现场检测。建筑围护结构传热系数现场检测方法目前主要有3种:热流计法、热箱法、非稳态法。其中,热箱法的被测部位是“面”,避免了被测围护结构的局部热缺陷导致测试数据的较大误差;而热流计法测的是“点”,受被测点的热工缺陷影响较大。热箱法测试时间根据工程竣工时间不同而异,一般为3~7 d,该方法几乎不受季节限制,除夏季室外温度高于25℃时不可测外,春秋冬季均可测;而热流计法仅可在采暖供热系统正常运行后,且宜选在最冷月才能进行测试,但热箱法设备笨重,需进一步研究改进。各种测试方法各有特点,但都有局限性[2]。因此,开展建筑节能现场检测技术研究是我国当前建筑节能科技发展的迫切需要。

1 热箱法现场检测实例

本课题利用北京中建建筑科学研究院研制开发的RX-Ⅱ型传热系数现场检测设备,测定建筑节能专项验收中的传热系数K。

(1)测试原理[3]

热箱法是基于一维稳态传热的原理,在试件两侧的箱体(热箱和冷箱)内,分别建立所需的温度、风速和辐射条件,达到稳定状态后,测量空气温度、试件和箱体内壁表面温度及输入到计量箱的功率,根据式(1)计算出试件的传热系数。因为要检测通过被测对象的热量,因此,要把传向别处的热量剔除,这样根据处理方式的不同又分为标定热箱法和防护热箱法。

式中:K——传热系数,W/(m2·K);

Q——通过试件的热量,W;

A——热箱开口面积,m2;

Ti——热箱空气温度,℃;

Te——冷箱空气温度,℃。

现场检测一般采用防护热箱法,即将计量箱放置在一个温度受到控制的空间内,控制计量箱内部温度和室内空气温度保持一致,使得计量箱与外部环境之间没有热量交换,另一侧为室外自然条件。维持热箱内温度高于室外温度8℃以上,这样被测部位的热流总是从室内向室外传递,形成一维热流,当热箱内的加热量与通过被测部位传递的热量达到平衡时,计量箱的功率就是被测部位的传热量。记录计量箱的发热量和热箱内温度、室外温度,利用式(1)就能得到被测部位的传热系数。

(2)现场检测条件

检测对象:安徽建筑工业学院建筑节能材料研究所,建筑形式为单层平房,被测围护结构主体构造为300 mm厚度烧结黏土实心砖砌体,分户墙厚度为200 mm,抹面砂浆厚度20 mm。

检测条件:室外平均空气温度在25℃以下;热箱温度高于冷箱8℃以上;相对湿度60%以下,风力3级以下,并避免强电磁干扰;现场实测3 d以上[4]。若外界温度高于25℃,室内难以创造高于8℃以上的热环境。

(3)检测结果

图1为分户墙的传热系数与测试时间的关系。

由图1可见,在初始10 h内,传热系数-时间曲线很陡,之后的蓄热散热逐步达到平衡[5],曲线逐步平缓。经历初始瞬变期40 h左右后达到稳定,传热系数在2.8 W/(m2·K)左右波动。

图2所测结果为冷箱、热箱温度随时间的变化曲线。

由图2可见,冷箱内部温度较热箱先达到稳定状态,由于室内加热装置对整体环境进行缓慢加热,而冷箱端直接在箱体内降温。冷箱、热箱的温度很好的控制在设定值附近,达到稳定后墙内表面温度几乎是恒定的,有利于测试过程趋近稳定导热状态,室外墙表面温度在稳定后变化也不大。

式中:δi——保温材料的厚度,mm;

λi——导热系数,W/(m·K);

传热系数的设计计算值为:

由式(3)计算测试误差为:(2.8-2.68)÷2.68×100%=4.5%

实际测试过程中多种因素会引起测试误差,如:测量仪器的因素(热箱被扣部位密封材料老化、热箱PID控制器的稳定等)、环境因素(风力、湿度等)、测量方法(温差设置、测试时间等)。

2 热箱法测试墙体传热系数的数值模拟

本文使用MATLAB软件对200 mm厚分户墙测试过程进行数值模拟,得到被控温箱扣住部位墙体截面在任意时刻的温度场分布情况(也可绘制出截面上任一点温度随时间的变化情况)。图3为被扣截面在4 h后温度场分布情况。

从图3可以看到,4 h后沿分户墙轴向温度的分布是连续的,任意平行于水平面的截面温度分布一致。

图4、图5分别为1 h、4 h后分户墙截面的三维温度分布图。

在测试过程达到相对稳定之前,被测墙体部位温度场是时刻变化的。由图4、图5可知,在1 h时,截面温度场还未达到稳态,4 h后墙体轴向温度分布接近线性关系,温度场已趋于稳态。由此可见,在墙体表面达到测试设定温度后,需要4 h左右整体测试可达到最终稳定,此时传热系数值亦趋于稳定。

3 结语

(1)在人工控温条件下更容易达到稳定的温度,检测周期可适当缩短。在本测试过程中,采用8℃以上的温差设置,温差越小,室内达到设置温度所需时间越短,维持稳态所需热流也小。

(2)受气候条件的影响,夏季因室外温度高于25℃不宜进行测试,使得建筑节能现场检测受到了限制;对于室外平均温度低于25℃的季节都可测试(控温仪器要求冬季测试室外高于0℃),测试时需根据面积在室内加置加热装置,保证热箱的内外环境能够达到设定温度。

(3)测试要求相对湿度60%以下,风力3级以下,并避免强电磁干扰,一般情况都能满足测试要求。

(4)本文在使用MATLAB软件进行数值模拟时,可以很好的分析模型在任意时刻的温度场分布情况,及分析检测达到稳定所需时间;但在对墙体导热过程的模拟中,未考虑各种外在因素,因此对模拟结果有影响。模拟时只考虑墙体部分的传热过程,未对冷热箱温度场稳定达到设定温度所需时间进行模拟比较,在以后的研究中需进一步加强全过程的模拟分析。

参考文献

[1]田斌守.建筑围护结构传热系数现场检测方法研究[D].西安:西安建筑科技大学,2006.

[2]魏剑侠,魏清林.热箱法在建筑节能专项验收中的应用初探[J].技术导讯,2003(2):25-27.

[3]GB/T13475—92,建筑构件稳态热传递性质的测定标定和防护热箱法[S].

[4]魏剑侠.RX-Ⅱ型传热系数检测仪检测实例及应注意问题[J].建筑节能,2003(4):37-40.

仙敦输气管道总传热系数的确定 篇6

1. 工程简介

南八仙—敦煌天然气长输管道沿线大部分地区人烟稀少, 沿途区域为盐湖风蚀残丘区、盐湖滨湖区、花海子戈壁平原区、当金山区、赛什腾山区、沙山区、七里镇平原区。管线全长278.6公里, 采用国家标准GB9711-88生产的材质S360, 螺旋缝双面埋弧焊钢管, 管径为φ323.9, 大部分地段壁厚为6 mm, 当金山区有长度约为12.5公里, 壁厚为7mm。沿线多为风积沙及洪积碎石, 有较少的砂质粉土, 管线埋深为1.5m。

2. 主要设计参数

设计输气量:3亿方/年;

天然气水露点温度:T≤-40℃ (在5.0MPa压力下) ;

天然气烃露点温度:T≤-25℃ (在5.0MPa压力下) ;

设计压力:起输点6.4MPa, 末站4.0MPa;

工作压力:起输点5.0MPa, 末站1.5MPa;

设计温度:-40~80℃;

工作温度:-30~60℃;

土壤导热系数:1.19 Kcal/n·m·℃ (1.3840 W/m·k) ;

钢管导热系数:43.16 Kcal/n·m·℃ (50.009 W/m·k) ;

三层PE导热系数:0.13 Kcal/n·m·℃ (0.14 W/m·k) ;、

二、马仙采油厂天然气组成检验结果

三、主要运用计算公式说明:

1. 总传热系数的计算公式

总传热系数K是指当气体与周围介质的温差为1℃时, 单位时间内通过单位传热表面所传递的热量, 其表明了气体周围介质的传热强弱。

对埋地管道, 其传热由三部分组成, 即气体与管内壁的放热、管壁、绝缘层、防护层等为N层的导热, 管道与土壤的放热, 即:

式中a1—气体至管道内壁的放热系数, W/ (m2·K) ;

a2—管道外壁至周围介质的放热系数, W/ (m2·K) ;

λi—第i层 (管壁、防护层、绝缘层) 导热系数, W/m·k;

D1—管道内径, m;

DN+1—管道最外层外径, m;

Di—管道上第i层 (管壁、防护层、绝缘层等) 的外径, m;

D—确定总传热系数的计算管径, m。当a1≥a2, D取外径;当a1≈a2时, D取平均值, 即内外直径之和的一半;若a1≤a2, D取内径。

2. 管内壁放热系数a1的计算公式:

内壁放热系数a1可按下列准则方程求得:

式中Nu—努谢尔特准数;

μ—雷诺数:

Pr—普朗特数;

μ—气体的动力粘度, Pa·s

Cp—气体定压比热, J/ (kg·K) ;

λ—气体导热系数, W/m·k;

υ—气体运动粘度, m2/s

D—管道内径, m;

ν—气体流速, m/s。

3. 外部放热系数a2的计算公式:

将土壤看做均值的半无穷大区域, 并考虑土壤的稳定传热, 对土壤与空气间的热交换假设为第一类边界条件情况下, 可得到计算外部放热系数公式如下:

式中ht—管道中心埋深, m

λt—土壤导热系数, W/m·k。

4. 天然气虚拟临界参数和对比参数

式中Tc—混合气体虚拟临界温度, K;

Pc—混合气体虚拟临界压力 (绝) , pa;/3

ρc—混合气体虚拟临界密度, kgm

Tci—i组分的临界温度, K;

Pci—i组分的临界压力, K;/

ρci—i组分的临界密度, kgm

yi—i组分的摩尔分数;

Pr—气体对比压力;

Tr—气体对比温度;

ρr—气体对比密度

5. 天然气粘度计算公式

式中T—天然气温度, K;

Δ—天然气标准状态下的相对密度;

ρ—天然气密度, kg/m3

6. 混合气体导热系数计算公式:

λ—混合气体的导热系数, W/m·k;

λi—混合气体i组分的导热系数, W/m·k;

yi—混合气体i组分摩尔分数;

Mi—混合气体i组分摩尔分数

四、计算结果

1. 压缩系数计算

(1) 临界压力及临界温度:

Tc=194.44K;Pc=4.49Mpa;

(2) 在年输3亿方的情况下计算得到的平均压力:

Pcp=3.63Mpa (绝压)

(3) 冬季敦煌末站进站温度为-14℃, 南八仙出站温度为6℃左右, 算出平均温度为272.3K, 计算对比参数:

Tr=1.4005 Pr=0.8084

(4) 因Pr界于0.2~1.2之间且Tr界于1.4+~2.0之间, 则选用戈派尔计算公式第三式计算压缩系数:

Z=Pr (0.1391Tr-0.2988) +0.0007Tr+0.9969=0.9138

2. 天然气密度、相对密度及粘度计算:

(1) 由马仙采油厂天然气组成检验结果可得出标况下的混合气体密度:

ρ0=0.788 kg/m3

(2) 当前状况下的密度:

(3) 相对密度:

(4) 天然气粘度:

三、管内壁放热系数a1、外部放热系数a2的计算:

1.雷诺数计算:

2.根据混合气体导热系数计算公式及修正:

λ=0.029179 W/m·k

3. 通过对比状态分析查图得到混合天然气定压比热:

4.普朗特数计算:10.168621×1

5. 努谢尔特准数计算:

6.管内壁放热系数a1计算:

7.外部放热系数a2计算:

四、总传热系数计算

1.导入钢管的λ=50.009及三层PEλ=0.14计算总传热系数:

2.若忽略热阻甚小, 可以忽略不计, 则可按下式进行计算:

结论

1.青海油田仙敦输气管线沿途土壤大部分为砾土、细沙、粗砂, 散热较快, 总传热系数较四川等管输天然气偏大。

2.管线地处高原, 昼夜温差较大, 冬季寒冷, 导致管线散热也加快。

参考文献

[1]《天然气管道输送》石油工业出版社, 2000.11, 李长俊主编.

传热系数 篇7

冬季热工计算是以阴寒天气为准, 不考虑太阳辐射作用, 但这并不意味着太阳辐射对建筑保温没有影响。太阳辐射热是影响建筑热过程的主要热源, 也是建筑热环境四个参量中影响最大的一个, 实际上, 建筑师设计房屋时, 总是要争取良好的朝向和适当的间距, 以便尽可能得到充分的日照。规范中对围护结构传热系数的修正也是考虑到太阳辐射热和天空辐射热的影响。由于考虑了太阳辐射热的补充作用, 实际从围护结构传出的热量并没有我们在理想状态下所计算得到的多, 即kw·eff<kw, 在冷热负荷计算中, 采用有效传热系数 (kw·eff) 可以减少冷热负荷量, 使建筑在满足室内热环境要求下, 消耗能量减少。

因此从节能的角度上来看建筑热工设计, 我们不但要采用降低墙体、屋面窗户的传热系数, 增加隔热保温材料厚度来达到节约建筑能耗的目的, 更应该充分考虑到太阳辐射的作用。

1 围护结构传热系数的修正系数的意义

随着科技的发展, 能源问题已成为全球共识的问题, 2010年陕西省要完成从建筑节能50%到节能65%的过渡, 我们就不能忽视太阳辐射和天空辐射对围护结构传热量的影响, 因此就引入了围护结构传热系数的修正系数。由于围护结构不同部分在太阳辐射和天空辐射作用下所吸收热量程度各不相同, 因此节能设计规范根据不同地区和不同朝向给出了修正系数取值的一个参考值。 本文旨在评价这一参考值的准确程度, 在这里只对墙体的传热系数修正系数进行检验。

2 外墙传热系数修正系数的计算模型及分析

2.1 外墙传热系数修正系数的计算模型

外墙有效传热系数计算公式:

$k{}_{w\cdot eff}=\frac{k{}_w(t{}_i-t{}_e-t{}_{sol\cdot eq})}{t{}_i-t{}_e}$ (1)

其中, kw·eff为外墙的有效传热系数, W/ (m2·K) ;kw为外墙原传热系数, W/ (m2·K) ;tsol·eq为太阳辐射当量温度, ℃。

$t{}_{sol\cdot eq}=\frac{\rho {\rm I}}{\alpha {}_e}$ (2)

其中, ρ为外表面的太阳辐射吸收系数;I为垂直面上的太阳辐射照度, W/m2;αe为外表面换热系数, W/ (m2·K) 。

$\epsilon {}_i=\frac{k{}_{w\cdot eff}}{k{}_w}$ (3)

2.2 公式分析

把式 (1) 代入式 (3) 中得:

$\epsilon {}_i=\frac{t{}_i-t{}_e-t{}_{sol\cdot eq}}{t{}_i-t{}_e}$。

因此, 从公式推导中可以看出围护结构传热系数的修正系数与围护结构的原传热系数无关, 即与围护结构的构造无关。

3 外墙传热系数修正系数的实例计算

3.1 实例说明

3.1.1 选择围护结构

取一典型的采暖地区的外围护结构构造如图1所示, 取其朝向为正南向。

3.1.2 气候条件

1) 已知西安地区冬季室内计算温度为ti=16 ℃～18 ℃, 设计计算用采暖期天数为100 d, 室外平均计算温度为te=0.9 ℃。2) 西安的冬季太阳辐射照度采用《民用建筑节能设计手册》附录九的冬季太阳辐射照度。

3.2 计算过程

1) 已知条件。

取西安地区气候特点, 对围护结构传热系数的修正系数εi进行计算。室内计算温度为ti=18 ℃, 室外平均计算温度为te=0.9 ℃。外围护结构表面材料为水泥砂浆, 其ρ=0.48, 取其冬季太阳辐射照度为各月垂直南向照度的加权平均值。

2) 计算。

$\overline{{\rm I}}=\frac{103.4\times 36+104.6\times 31+95.5\times 33}{100}=101.165\text{W}/\text{m}{}^2$。

由式 (2) 得:

$t{}_{sol\cdot eq}=\frac{\rho {\rm I}}{\alpha {}_e}=\frac{0.48\times 101.165}{23}=2.111℃$。

求结构原传热系数:

由式 (1) 得有效传热系数为:

$k{}_{w\cdot eff}=\frac{0.55\times (18-0.9-2.111)}{18-0.9}=0.842\text{W}/(\text{m}{}^2\cdot \text{Κ})$。

由式 (3) 得修正系数为:

$\epsilon {}_i=\frac{k{}_{w\cdot eff}}{k{}_w}=\frac{0.842}{0.55}=0.877$。

因此得出的传热系数的修正系数εi比规范上的传热系数修正值 εi=0.79 (南向外墙) 大0.087。

用同样的计算方法分别对以下列出的条件下的传热系数的修正系数进行计算。

条件:1) 室内计算温度分别取ti=16 ℃和ti=18 ℃。2) 冬季太阳辐射照度分别取最大值Imax、最小值Imin和加权平均值$\overline{{\rm I}}$。3) 我们采用四种外表面材料分别对其围护结构传热系数修正值进行计算, 所采用的四种材料及其太阳辐射吸收系数见表1。

根据上述条件, 得出计算结果如表2所示。

4 数据分析

1) 室内计算温度取值分别为ti=18 ℃和ti=16 ℃时, 当其他条件相同时, 其ti=16 ℃时所得的εi值更接近规范上的值。2) 计算中所采用的冬季太阳辐射照度取的是昼夜平均值, 其值越大, εi越小。3) 外表面材料的吸收系数ρ越大, 所得的εi越小。而且可以从表2中看出, ρ值的取值是决定修正系数的主要因素。

5 结论与建议

在《民用建筑节能设计标准》 (采暖居住建筑部分) 规范中, 规定西安地区南向外墙围护结构传热系数的修正系数εi=0.79, 从数据来看, 规范中取的εi值普遍低于验算得的值, 因此我们可以认为在规范中εi的取值高估了太阳辐射的作用。

由以上的图表我们可以看出, 外围护结构的构造, 太阳辐射照度, 室外计算温度对围护结构传热系数的修正系数影响不大, 其修正系数主要取决于建筑外围护结构外表面对太阳辐射的吸收系数, 即主要取决于外表面的材料, 为了获得比较大的材料吸收系数, 在建筑设计中对材料的选择是尤为重要的。

对于建筑外围护结构传热系数修正系数的取值, 在规范中, 由于高估了太阳辐射的作用, 使在计算冷负荷时所采用的有效传热系数取值偏小, 则在计算负荷量时所得值也偏小, 进而影响了采暖计算所要求的热量。造成的结果就是冬季室内温度达不到规范的要求, 因此我们建议应对规范中的传热系数的修正系数做再一次的修正。

摘要：通过实例对规范中的围护结构传热系数的修正系数取值情况进行了评价, 通过验证得出规范中的修正系数的取值比验算值偏小, 即在规范中高估了太阳辐射的作用, 并得出应对规范中的修正系数值做再一次的修正的结论。

关键词：围护结构,传热系数,修正系数,太阳辐射

参考文献

[1]杨善勤.民用建筑节能设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1998.

[2]付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[3]彦启森, 赵庆珠.建筑热过程[M].北京:中国建筑工业出版社, 1986.

传热系数 篇8

用于对建筑外窗、外门及多种建筑材料的保温性能进行检测和抗结露因子的分极及检测;玻璃传热系数检测;窗框传热系数检测;墙体传热系数检测。

GB/T8484-2008《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》;

GB/T13475-2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》。

2 主要技术参数要求

热箱温度20℃, 冷箱温度:-20℃;

环境温度:20℃, 热室温度控制精度:±0.2℃;

冷室温度控制精度:±0.3℃;

环境温度控制精度:±0.5℃;

试件洞口尺寸:

外窗:1.8m×1.8m, 外门:1.8m×2.1m墙体:1.5m×1.5m;

整机外形尺寸:6.9m×4m×4.25m, 制冷机组功率:3.7kw, 380V;

热箱加热功率:门窗:800W 220V, 墙体:500W 220V;

温度传感器分辨率:0.0625, 电源要求:380V15KW;

热箱相对湿度<20%, 热箱与冷箱压差0Pa±10 Pa。

3 检测原理

建筑外窗、外门、墙体保温性能检测装置基于稳定传热原理, 采用标定热箱法检测外窗、外门墙体保温性能。试件一侧为热箱, 模拟采暖建筑冬季室内气候条件, 另一侧为冷箱, 模拟冬季室外气候条件。在对试件缝隙进行密封处理, 试件两侧各自保持稳定的空气温度、气流速度和热辐射条件下, 测量热箱中电暖气的发热量, 减去通过热箱外壁和试件框的热损失 (两者均由标定试验确定) , 除以试件面积与两侧空气温差的乘积, 即可算出试件的传热系数K值。

抗结露因子检测原理基于稳定传热传质原理, 采用标定热箱法检测建筑门、窗抗结露因子。试件一侧为热箱, 模拟采暖建筑冬季室内气候条件, 同时控制相对湿度不大于20%;另一侧为冷箱, 模拟冬季室外气候条件。在稳定传热状态下, 测量冷热箱空气平均温度和试件热侧表面温度, 计算试件的抗结露因子, 抗结露因子是由试件框表面温度的加权值或玻璃的平均温度与冷箱空气温度 (tc) 的差值除以热箱空气温度 (th) 与冷箱空气温度 (tc) 的差值计算得到, 再乘以100后, 取所得的两个数值中较低的一个值。

稳态热性质的测定原理:模拟试件两边为均匀温度的流体 (通常是大气) 的边界条件。将试件放置在已知环境温度的热室与冷室之间, 在稳定状态下测量空气温度和表面温度以及输入热室的功率。由这些测量数值计算出试件的传热性质。

4 使用特点

4.1 全自动控制方式

采用计算机控制, 将先进的数字温度传感器技术、PID调节与模糊控制理论相结合, 试件装卡好后, 只须启动计算机, 便可自动完成全部检测内容, 其数据采集、计算、打印报表均自动完成。

⑴系统温度全部自动调控。热箱、冷箱、环境温度全部由计算机系统进行调控, 使系统能够较快进入试验状态, 并在整个试验过程中各测温点都符合标准要求的温度值, 使检测工作顺利完成。

⑵系统各测温点温度自动监控。系统中255个测温点的温度采集、适时显示、温控曲线动态显示及温度计算均由计算机自动控制管理。

⑶系统加热功率自动控制。计算机通过功率模块, 对热箱和冷箱中的电加热器的供电电压进行调整, 以实现对电加热器耗散功率的自动控制。

4.2 系统全封闭防护方式

传热系数 篇9

海水淡化技术具有不受时空和气候影响,水质好、供水稳定等特点。直接利用海水对缺乏淡水资源的国家和地区具有巨大的现实意义和深远的战略意义。

海水淡化技术的种类很多。大型海水淡化装置主要采用多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和反渗透膜(RO)方法。水平管降膜蒸发是目前多效蒸馏海水淡化普遍采用的传热方式。由于换热两侧均有相变发生(管内蒸汽冷凝,管外海水蒸发),同时海水溶液沿管壁呈膜状流动,液膜很薄,且有波动性质,有利于液膜与管壁间的传热,所以其传热系数较高,在相同的热负荷条件下所需传热面积可大为节省。其次,降膜蒸发传热温差小,易于实现多效蒸发,提高造水比[1,2,3]。

由于水平管降膜蒸发技术的历史较短,目前关于水平管降膜蒸发传热系数的实验数据和理论公式不充分,适用范围差别较大,难以指导海水淡化系统设计。针对这种情况,本文对适用于低温多效蒸发海水淡化系统的管内冷凝换热系数、管外蒸发换热系数进行了比较和分析,并结合不同的污垢系数,对总传热系数进行了分析。

1 管内蒸汽冷凝换热系数

Chato[4]在努塞尔特理论的基础上给出了适用于Pr≥1条件下水平管内凝结换热的关系式:

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Akers[5]引用一个管内当量质量流速Ge来考虑蒸汽流和凝液对放热的影响,将管内两相流动的问题当作单相流动处理,给出了如下关系式:

当undefined:5×104时,

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Shah[6]认为管内凝结时的两相流动放热系数等于管内为单相流体流动时的放热系数乘以修正系数,而该系数与蒸汽的相对含量以及蒸汽的对比压力有关,给出了适用于牛顿非金属流体的管内凝结换热关系式:

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当ReL≥2200时,

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当ReL<2200时,

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许莉[7]针对横管降膜蒸发海水淡化过程,在一个小型实验台上进行了横管管内凝结的实验研究,给出如下计算公式:

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实验范围为:管径0.02～0.04m,出口蒸汽流速0.1～1.1m/s,管长0.25～1m。

本文选取如下工程实际参数,对以上适用于海水淡化系统的水平管降膜蒸发传热系数进行了比较与分析:水平管长为9m,管内径为0.022m,管内进口蒸汽速度为32.5m/s,管内蒸汽出口干度为0.15,凝结温度为60℃。以基本参数中的一个参数为变量,其他参数保持不变的情况下,分别应用Chato、Shah、Akers公式进行了计算,并将三者的计算结果进行了比较。结果在图1～图6中示出。由于公式(6)实验范围与实际参数之间有较大偏差,未列入计算分析。

从图1～图4中可以看出,在其他参数不变的情况下,管内凝结换热系数随管内径的增大而减小,随蒸汽进口速度和出口蒸汽干度的变化不明显,随蒸汽干度的升高而增大。其中Chato公式计算式得到的结果最大,Akers公式和Shah公式的计算结果相近,计算值较小。

对于Chato公式,给定参数:管子内径0.022m,蒸汽凝结温度60℃,蒸汽进口流速32.5m/s,蒸汽出口干度0.15。图5和图6指出在其他条件不变时,管内冷凝换热系数随管内蒸汽温度的升高而增加,随传热温差的增大而减小。管内凝结换热系数在小温差下具有较大值,恰好适应了海水淡化蒸发器对小温差换热的要求。

2 管外海水蒸发换热系数

文献[8]给出的横管降膜蒸发换热系数计算式为:

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许莉[9]针对横管降膜蒸发海水淡化过程,以去离子水为研究对象,在小型装置中进行了管外蒸发传热实验研究,实验结果归纳得到的计算公式为:

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上式的实验条件是:管径20～40mm,管长250～1000mm。

由于公式(8)计算中用到的液膜厚度值是实验中测试得到的,工程使用中该参数难以确定,本文仅应用公式(7)进行了计算分析。计算参数:喷淋海水浓缩比1.4343,喷淋密度0.044kg/(m·s),相对管间距1.3,管长9m,管子直径0.022m,管壁厚0.7mm。结果在图7和图8中给出。

图7给出了不同管内管外流体温差Δt下,管外蒸发换热系数随管内蒸汽温度的变化。管外蒸发换热系数随管内蒸汽温度的增加而增大,随传热温差的增加而减小。当温差一定时,管内蒸汽温度的提高对应着管外蒸发温度的提高,海水温度提高时,粘度降低,流体湍动加剧,有利于换热系数的提高。与管内凝结换热系数相似,管外蒸发换热系数也随着温差的减小而增加,这对海水淡化小温差下的换热是十分有利的。

图8给出了两种管内蒸汽温度下的管外蒸发换热系数随喷淋密度的变化关系。在管内流体温度一定时,管外蒸发换热系数随喷淋密度的增加而减小。喷淋密度提高,虽然可以加强管外液膜的扰动,有利于换热,但液膜会随之增厚,对换热不利。计算结果显示,两者的综合结果使得管外蒸发换热系数减小。

3 总传热系数

本文以圆管外表面积为基准计算传热系数。计算参数:污垢热阻取0.00017(m2·℃)/W,管壁厚0.7mm,铝黄铜管的导热系数为105W/(m·K),管外海水喷淋密度0.044kg/(m·s),管长9m,管子直径0.022m,管内蒸汽进口流速32.5m/s,蒸汽出口干度0.15。计算结果在图9～图18中示出。

从图9～图14可看出:在相同的传热温差下,随着管内蒸汽温度升高,传热系数增大;在同一温度下,增大传热温差,传热系数随之减小。

图15给出了管内管外流体温差为3℃条件下,总传热系数随管内流体温度的变化。利用Chato关系式计算管内凝结换热系数得到的总传热系数数值较大,与工程实际结果比较接近。

图16～图18分别给出了管内管外流体温差为3℃时,在不同的污垢热阻条件下,总传热系数随管内流体温度的变化。随着污垢热阻从0.00002(m2·℃)/W上升至0.00017(m2·℃)/W,管内使用Chato方法计算,总传热系数降低了32%,使用Shah方法和Akers方法,总传热系数也降低了20%以上,污垢对总传热系数的影响是比较大的。

4 结论

(1)管内凝结换热系数随管内径的增大而减小,随蒸汽进口速度和出口蒸汽干度的变化不明显,随管内蒸汽温度的增加而增大,随蒸汽干度的升高而增大;

(2)管外蒸发换热系数随喷淋密度的增加而减小,随管内蒸汽温度的增加而增大;

(3)总传热系数随管内蒸汽温度的增加而增大,随传热温差的增加而减小。污垢热阻从初始值到达到稳定状态对总传热系数的影响在20%以上。

符号说明

α—传热系数,W/(m2·K);

r—冷凝潜热,J/kg;

C—定压比热,J/(kg·℃);

t—蒸汽温度,℃;

λ—导热系数,W/(m·K);

ρ—密度,kg/m3;

g—重力加速度,m/s2;

μ—动力粘度,Pa·s;

d—管子直径,m;

Pr—普朗特数;

Re—雷诺数;

η—动力粘度,kg/(m·h);

Ge—管内流体的当量质量流率,undefined;

GL—凝结液质量流率,undefined;

GG—蒸汽质量流率,undefined;

R—相对蒸汽压力,undefined;

P—饱和蒸汽压力,Pa;

Pc—临界压力,Pa;

ReL—全液相雷诺数,undefined

L—管子长度,m;

x—管子进出口的平均干度;

v—速度;

h(α)+—无量纲系数,undefined;

q″—管壁热流密度,W/m2;

Γ—喷淋密度,kg/(m·s);

Δt—管外侧总温差,℃;

δ—液膜厚度,m;

K—总传热系数,W/(m2·K);

Z—污垢热阻,(m2·℃)/W;

ζw—管壁厚度,m;

υ—运动粘度,m2/s;

下标:i—管内;

o—管外;

s—饱和状态;

w—管内壁;

L—液相;

G—汽相;

1,2—入口,出口;

max,min,m—极大,极小,平均。

参考文献

[1]Al Shammiri M,Safar M.Multi-effedt distillation plant:state of the art[J].desalination,1999,126:45-59.

[2]Victor Dvornikov.Seawater multi-effedt distillation ener-gized by a combusion tubine[J].Desalination,2000,127:261-269.

[3]许莉,王世昌,王宇新.水平管薄膜蒸发传热系数[J].化工学报,2003,54(3):299-304.

[4]Chato,J.C..Laminar Condensation inside Horizontal andInclined Tubes[J].ASHRAEJ.,1962,(2):52-60.

[5]卓宁,孙家庆.工程对流换热[M].北京:机械工业出版社,1991.

[6]M.M.SHAH.Ageneral correlation for heat transfer duringfil mcondensation inside pipes.Int.J[J].Heat Mass Trans-fer,1979,22:547-556.

[7]Li Xu,Shiyong Wang,Shichang Wang,et al.Studies on heat-transfer fil mcoefficients inside a horizontal tube in fallingfil mevaporators[J].Desalination,2004,166:215-222.

[8]Chun,K.R.,Seban,R.A..Performance of prediction offallingfil mevaporators[J].ASME Journal of heat transfer,94:432-436