湿空气对流换热计算示例
湿空气对流换热计算示例
●对流换热量
湿空气沿壁面（平壁、管壁等）流动时的对流换热量为：
Q=αA (Taw-Tb)
式中，Q为湿空气流动的对流换热量，W；α为湿空气沿壁面流动的对流换热系数，W/(m2.K)；A为与湿空气接触的壁面面积，m2；Taw为湿空气的平均温度，K；Tb为与湿空气接触的壁面温度，K。
●对流换热系数
湿空气在管内强制流动的对流换热系数方程及相关准则数如下。
α=λNu/DE
Re=uDE/v
式中，α为对流换热系数，W/（m2·K）；λ为流体的热导率，W/（m·K）；Nu为努谢尔特数，无因次；DE为当量直径，m；Re为雷诺数，无因次；u为流体流速，m/s；υ为流体的运动黏度，m2/s； Pr为流体的普朗特数，无因次；a为流体的热扩散系数（也称为导温系数），m2/s；ρ为流体的密度，kg/m3；CP为流体的定压比热，J/（kg·K）。
当雷诺数Re<2300时，流态为层流，有：
适用范围为：
当雷诺数2300≤Re≤10000时，流态为层流与紊流之间的过渡状态。当流体为气体时，有：
适用范围为：
当流态为过渡流且流体为液体时，有：
适用范围为：
当雷诺数Re>10000时，流态为紊流（即湍流），有：
管内壁温度高于流体温度时：
管内壁温度低于流体温度时：
适用范围为：
式中，L为管长，m；μ为流体的动力黏度，Pa.s；T为温度，K：下标F表示流体平均温度下的流体物性；下标W表示壁面温度下的流体物性。
计算示例：
设内直径为50mm的外管内布置有100根外直径为1.8mm的中空纤维，湿空气在外管内壁与中空纤维外壁之间构成的流道内流动；湿空气温度为50℃，进口处总压力为101325Pa，其中水蒸气分压力为3000Pa，湿空气流速为2m/s、流动长度为500mm。中空纤维表面温度为55℃，确定湿空气与中空纤维之间的传热量。
参考“冷热平台”此前几篇文章的内容，有：
湿空气流道的当量直径为：
de=0.0095m
湿空气的运动黏度为：
ν=17.96×10-6 m2/s
湿空气的密度为：
ρ=1.081 kg(湿空气)/m3(湿空气)
湿空气的定压比热容为：
Cp=1005/(1+0.019)+1947×0.019//(1+0.019)
=1023 J/(K.kg(湿空气))
湿空气的热导率为：
λ=0.028W/(m.K)
湿空气的导温系数为：
a=λ/(ρCp)
=0.028/(1.081×1023)
=25.3×10-6 m2/s
湿空气的普朗特数为：
Pr=ν/a
=17.96/25.3=0.71
湿空气流动的雷诺数为：
Re=1058
因雷诺数小于2300，且：
DERePr/L=0.0095×1058×0.71/0.5=14.3>10
因此，努谢尔特数为：
当湿空气温度与中空纤维表面温度相差不大时，(μF/μW)0.14近似为1，因此有：
Nu=1.86×(14.3)0.33
=4.51
因此，湿空气与中空纤维表面的对流换热系数为：
α=4.51×0.028/0.0095
=13.3 W/(m2.K)
中空纤维外表面积为：
A=100×3.14×0.0018×0.5
=0.2826 m2
湿空气与中空纤维之间的换热量为：
Q=13.3×0.2826×(55-50)
=18.8W
湿空气在中空纤维表面流动过程中的温升为：
△T=Q/( mawCp)
=18.8/(0.0037×1023)
=5.0℃
（欢迎交流探讨，微信lengrekeji）