壳程传热系数

定义/概述

壳程传热系数与管子排列方式、折流板结构密切相关。需先计算当量直径，再用 Kern 法关联式计算。

前置知识

• 管内传热系数的计算方法（Re→Pr→Nu→h 流程）→ 5.2.1 管内传热系数
• 总传热系数中 $h_o$ 的位置 → 5.1.2 总传热系数

当量直径

三角形排列

$$d_e = \frac{4\left(\frac{\sqrt{3}}{4}P_t^2 - \frac{\pi}{8}d_o^2\right)}{\frac{\pi}{2}d_o} \tag{5.21}$$

正方形排列

$$d_e = \frac{4\left(P_t^2 - \frac{\pi}{4}d_o^2\right)}{\pi d_o} \tag{5.22}$$

其中 $P_t$ 为管中心距，$d_o$ 为管外径。

Kern 法壳程传热系数

$$\frac{h_s d_e}{k} = 0.36 \left(\frac{d_e G_s}{\mu}\right)^{0.55} Pr^{1/3} \left(\frac{\mu}{\mu_w}\right)^{0.14} \tag{5.23}$$

其中：

• $h_s$ — 壳程对流传热系数，W/(m²·K)
• $d_e$ — 当量直径，m
• $k$ — 流体导热系数，W/(m·K)
• $G_s$ — 壳程质量流速，$G_s = \dot{m} / A_s$，kg/(m²·s)
• $\mu$ — 流体在定性温度下的粘度，Pa·s
• $\mu_w$ — 流体在壁面温度下的粘度，Pa·s
• $Pr$ — 普朗特数，$Pr = c_p \mu / k$，无量纲

适用范围：$Re = 2 \times 10^3 \sim 1 \times 10^6$

最大流通截面积

$$A_s = \frac{d_s B}{P_t} \left(1 - \frac{d_o}{P_t}\right) \tag{5.24}$$

其中：

• $d_s$ — 壳体内径，m
• $B$ — 折流板间距，m
• $P_t$ — 管中心距，m
• $d_o$ — 管外径，m

关键参数

符号	含义	单位
$d_e$	当量直径	m
$h_s$	壳程传热系数	W/(m²·K)
$G_s$	壳程质量流速	kg/(m²·s)
$B$	折流板间距	m
$P_t$	管中心距	m

关联条目

• 管内传热系数
• 壳程阻力

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