对流放热系数

9.3.2　对流放热系数

对流放热系数是表征对流换热过程强弱的指标，它与流体的物性、流动状态、温度、管束中管子的布置结构、冲刷方式（纵向、横向或斜向）、管壁温度等因素有关。其数值是用试验方法得出的，再用相似理论整理出实用的计算公式。以下介绍的公式是顺列和错列管束在Re数为1.5×10³到100×10³之间进行试验得出的。通常，锅炉计算中烟气气流的Re数在这个范围之内，故应用时不必进行使用条件的校验。

1.横向冲刷顺列管束的对流放热系

式中：Re为雷诺准则数，反映流动状态对换热的影响。

P_r为普朗特准则数，反映流体物性对换热的影响，即

式中：d为定性尺寸，取管子外径，m；λ为平均温度下烟气的导热系数，kW/（m·℃）；μ为平均温度下烟气的动力粘性系数，Pa·s；ν为平均温度下烟气的运动粘度，ν＝，m²/s；ρ为平均温度下烟气的密度，kg/m³；c_p为平均温度下烟气的比定压比热容，kJ/（kg·℃）；C_s为管束几何布置方式的修正系数，与纵向相对节距σ₂＝s₂/d及横向相对节距σ₁＝s₁/d有关：

当σ₂≥2或σ₁≤1.5时，C_s＝1；σ₂＜2且σ₁＞3时，式中的σ₁取为3；C_z为烟气行程方向上管子排数的修正系数，其值按所求管束的各个管组的平均排数求取。

当Z₂≥10时，C_z＝1，Z₂＜10时，

2.横向冲刷错列管束的对流放热系数

式中：C_s为节距修正系数，由σ₁和φσ值^{［φσ＝（σ₁－1）/（σ′₂－1）］}确定，φσ中的σ′₂为平均斜向相对节距σ′₂＝，σ₂为纵向相对节距。当0.1＜φ_σ≤1.7，C_s＝；当1.7＜φ_σ≤4.5，σ₁＜3，C_s＝；当1.7＜φ_σ≤4.5，σ₁≥3，C_s＝。

C_z为考虑沿气流方向管子排数以及横向相对节距的修正系数。当Z₂＜10且σ₁＜3.0，C_z＝－2.5；当Z₂＜10且σ₁≥3.0，C_z＝－3.2；当Z₂≥10，C_z＝1

分析以上气流横向冲刷管束时的放热系数计算公式可见：

（1）Re数对传热系数有明显影响，且对顺列布置的影响（0.65次方成正比）大于对错列布置的影响（0.60次方成正比）；

（2）通常的锅炉结构布置范围内，Re数在顺列或错列情况下是接近的，而错列的C_s值大于顺列的C_s值，故错列布置的对流放热系数比顺列布置的大；

（3）横向冲刷时，管径越小，对流放热系数越大，故锅炉尾部对流受热面通常采用小管径；

（4）沿流动方向上管束排数Z₂的影响是入口段和出口段流动不稳定性造成的，当排数超过10排，可不考虑其影响，即C_z＝1。

3.纵向冲刷受热面的对流放热系数

锅炉中受热面管内流动的单相湍流介质对受热面进行纵向冲刷时，其放热系数由下式求出：

式中：λ为流体的导热系数，kW/（m·℃）；d_dl为定性尺寸，当量直径，对圆管内流动取为管子的内径；流体在非圆管内流动或纵向冲刷管束时则为

式中：F为流体的流通截面积，m²；U为被流体湿润的全部固体周界（湿周），m。

对于布置有管束的矩形烟道，当量直径

式中：a、b为矩形烟道横断面净尺寸，m；n为烟道中的管子总数；d为管子的外径，m。

C_t为考虑管壁温度对流体特性影响的温度修正系数，当管内为烟气且被冷却以及管内为水蒸汽和水且被加热时C_t＝1，管内为空气且被加热时有

式中：T为流体（空气）的温度，K；T_b为管壁内表面的温度，K；C₁为相对长度修正系数，考虑传热的入口效应对α_d的影响，仅在＜50且圆管入口是直的，没有圆形导边的情况下才采用。≥50，C_l＝1。

4.回转式空气预热器的对流放热系数

由于其结构特性，回转式空气预热器内的流动不同于单纯的管内纵向冲刷，其α_d也主要通过试验决定。

式中：A为与传热元件型式有关的系数，具体数值参阅有关手册；m为考虑传热元件型式的指数，强化传热型m＝0.83，其它m＝0.8。