【正文】 描述 式中： 努塞爾 （ Nusselt） 準數(shù) Nuλα l ? 于是 ， 描述給熱過程的準數(shù)關系式為 crbrae GPARNu ? 雷諾 （ Reynolds） 準數(shù) Reμρ lu ? 普朗特 （ Prandtl） 準數(shù) Prλμcp ? 格拉斯霍夫 （ Grashof） 準數(shù) Grμ ρβ g Δ tl2 23 ?2022年 6月 2日星期四 Process System principle 27 對流傳熱過程 對流傳熱過程數(shù)學描述 討論：各無因次數(shù)群的物理意義 α * 給熱過程以純導熱方式進行時的給熱系數(shù) 。 ℃ ) )Tα (Tqt)α (tqww???? 流體加熱時： 流體冷卻時： 給熱系數(shù) α ： 三種獲得給熱系數(shù) α 的方法： ① 理論分析法 ：對流場建立動量傳遞 、 熱量傳遞衡算方程和速率 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 24 對流傳熱過程 對流傳熱過程數(shù)學描述 方程 ， 聯(lián)立求解流場的溫度分布和壁面熱流密度 ， 然后寫成牛頓冷卻定律的形式 ， 從而獲得 α 的理論計算式 。 強制對流 ：因泵 （ 風機 ） 或攪拌等外力所致的質(zhì)點強制運動 。 ℃ ) ， δ 3=225 mm 已測得內(nèi) 、 外表面溫度分別為 930 ℃ 和 55 ℃ ， 求單位面積的熱損失和各層間接觸面的溫度 。 即： λ AδΣΣΔ tQm? 例：界面溫度的求取 。 c o n s t .dxdtλq ??? 由傅立葉 （ Fourier） 定律可知： 對上式積分得： 21 ttΔ t , δΔ tλAQq ???? 又可寫為： 熱阻推動力RΔ t Δ tQ ???A??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 13 熱傳導過程 熱傳導的應用 通過圓筒壁的熱傳導過程： 圖 46 圓筒壁的熱傳導 圓筒壁的熱傳導的溫度分布見圖 46所示 。 實驗測得導熱系數(shù) λ 與溫度 t的關系： )1(0 at?? ?? 式中： λ 固體在溫度 t ℃ 的導熱系數(shù) ， w/(m ℃ ) nt??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 11 熱傳導過程 熱傳導規(guī)律 （ 2） 導熱系數(shù) λ 例： 金屬 10～ 102 w/(m 在傳熱系統(tǒng)中 ， 不積累能量的傳熱過程稱穩(wěn)態(tài)傳熱 。 （ 2） 熱流密度 （ 或熱通量 ） q： dAdQq ?2022年 6月 2日星期四 Process System principle 9 熱量傳遞過程概述 穩(wěn)態(tài)傳熱與非穩(wěn)態(tài)傳熱 （ 1） 穩(wěn)態(tài)傳熱： 特點：傳熱系統(tǒng)中 ， 溫度分布不隨時間而變 ， 且傳熱速率在任何時間都為常數(shù) 。 載熱體 的選擇要求： 加熱 時 ， 溫位越高 ， 價值越大 ； 冷卻 時 ， 溫位越低 ， 價值越大 。 圖 44 蓄熱式換熱 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 6 熱量傳遞過程概述 載熱體及其選擇 （ 1） 載熱體 ： 起加熱作用的載熱體稱為加熱劑 ； 起冷卻作用的載熱體稱為冷卻劑 。 （ 1） 熱傳導 。 （ 2） 換熱 ， 以回收利用熱量或冷量 。 （ 3） 保溫 ， 以減少熱量或冷量的損失 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 5 （ 1） 直接接觸傳熱 。 載熱體 ： 供給冷流體熱量 或將 熱流體 的熱量帶走的流體 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 7 熱量傳遞過程概述 載熱體及其選擇 其它要求： ① 載熱體的溫度應易于調(diào)節(jié) ； ② 載熱體的飽和蒸氣壓宜低 ， 加熱時不會分解 ； ③ 載熱體毒性要小 ， 使用安全 ， 對設備應基本上沒有腐蝕 ； ④ 載熱體應價格低廉而且容易得到 。 連續(xù)生產(chǎn)過程中的傳熱多是穩(wěn)態(tài)傳熱 。 在傳熱系統(tǒng)中 ， 有能量積累的傳熱過程稱非穩(wěn)態(tài)傳熱 。 ℃ ) 建筑材料 101～ 10 w/(m ℃ )； λ 0 固體在溫度 0 ℃ 的導熱系數(shù) ， w/(m 在圓筒壁內(nèi)取同心薄層圓筒并對其作熱量衡算： Prrr ctrlrlqrrr lq ?????????? ????? )(|)(| 222 對于定態(tài)熱傳導： 0????t 則： Qlqrrr lqrrr ???? ??|)(| ?? 222022年 6月 2日星期四 Process System principle 14 熱傳導過程 熱傳導的應用 又： drdtλq ??rdr2 π l λQdt ?? 所以： Clnr2 π l λQt ??? 對上式進行積分得： 式中： r 圓筒任一徑向半徑； l 圓筒管長 。 某爐壁由下列三種材料組成： （ 見圖 37所示 ） 耐火磚 λ 1= w/(m 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 19 熱傳導過程 熱傳導的應用 2724W/m55930λδΣΣΔ tq ?????? 解 ： （ 1） 單位面積的熱損失為： （ 2） 溫差及界面溫度： ℃ 1 1 60 . 1 6 0 77 2 4λδqΔ t111 ????℃ 8 1 41 1 69 3 0Δ ttt 12 ?????℃ 5 5 50 . 7 6 77 2 4λδqΔ t222 ????℃ 2 5 95 5 58 1 4Δ ttt 223 ?????2022年 6月 2日星期四 Process System principle 20 對流傳熱過程 對流傳熱過程的概念 流體各部分 （ 或與固體表面 ） 之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為對流傳熱 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 21 對流傳熱過程 對流傳熱過程分析 傳熱過程流動截面的溫度分析： 圖48 流體流過平壁時的溫度分布 參見圖 48所示 。 ② 數(shù)學模型法 ：對給熱過程作出簡化的物理模型和數(shù)學描述 ， 用實驗檢驗或修正模型 ， 確定模型參數(shù) 。 Nu反映對流給熱系數(shù)增大的倍數(shù) 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 28 對流傳熱過程 對流傳熱過程數(shù)學描述 Gr準數(shù) ： ? ? β g Δ tlu 式中：,Reμ ρluμ ρβ g Δ tlGr n2n2 222n2 23 ???? 則 Gr是 Re的一種變形 ， 表征自然對流的流動狀態(tài) 。 潤濕周邊流動截面4de?? ② 特征尺寸： 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 30 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 流體在圓形直管內(nèi)的強制湍流的給熱系數(shù)： 當 ⅰ . Re104 brae PARNu ?bp0 . 8br0 . 8λμCμρ dudλ0 . 0 2 3α 或 ， P0 . 0 2 3 R eNu ?????????????? ⅱ . Pr 160 （ 不適用液體金屬 ） ⅲ . 流體是低粘度 （ μ 2μ 水 ） ⅳ . l/d 30～ 40 則 A= ， a= ， 加熱時 ， b=；冷卻時 ， b= 即： 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 31 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 其它條件下 ， 需修正 α ： ① 高粘度流體： 0 2 ?????????????????????????wpCdud ???????? μ 液體在主體平均溫度下的粘度 μ w 液體在壁溫下的粘度 液體加熱時 ， 則： ?????????w?? 液體冷卻時 ， 則： ?????????w?? 適用于 Re104 ， Pr 100 各種液體 ， 不適用液體金屬 。 苯在管內(nèi)流動 ， 由20℃ 加熱至 80℃ ， 苯的流量為 ?！?） μ= mPa 20 . 80 . 8 ???????????? ?℃m w /1 2 7 2 5 . 7 93 0 9 6 00 . 0 20 . 1 40 . 0 2 3 PrRedλ0 . 0 2 3α 20 . 40 . 80 . 40 . 8??????? 流體在圓形直管內(nèi)的強制層流的給熱系數(shù)： 10PrRe ?ld適合： 0 . 1 4w31μμ ldR e P r1 . 8 6Nu??????????????? 實驗結果： 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 37 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 流體在管外強制對流給熱系數(shù)： 0 . 4n Prc ε ReNu ? 直排 錯排 圖 410 管束的排列 流體在管束外橫向流過管束的給熱系數(shù)： c、 ε 、 n的值見后表 41所示 。 包括 滴狀冷凝 和 膜狀冷凝 。 這種傳熱方式稱為 熱輻射 。 1?????? dra dra2022年 6月 2日星期四 Process System principle 43 輻射傳熱過程 固體輻射 式中： a、 r、 d 分別稱為吸收率 、 反射率和透射率 。 T 黑體表面的絕對溫度 ， K 。 實際物體的輻射能力恒小于同溫度下的黑體輻射能力 Eb 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 46 輻射傳熱過程 固體輻射 黑體間的輻射傳熱 A T1 、 φ1 A T φ2 圖 412 兩黑體間的輻射傳熱 21221211122112212212121121 ????bbbb