【正文】 相變 ， 如 飽和蒸汽冷凝 時 ， 則有 當(dāng) 冷凝液的溫度低于飽和溫度 時 ， 則有 式 中 Wh—— 飽和蒸汽 （ 熱流體 ） 的冷凝速率 ， kg/h r—— 飽和蒸汽的冷凝潛熱 ， kJ/kg Q=Whr=Wccpc(T2T1) 注 ： 上式應(yīng)用條件是冷凝液在飽和溫度下離開換熱器 。 總傳熱速率方程 總傳熱速率微分方程 總傳熱系數(shù)必須和所選擇的傳熱面積相對應(yīng) ， 選擇的傳熱面積不同 ， 總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不同 。 由熱流體傳給管壁 dQ=αi(TTw)dAi 由管壁傳給冷流體 dQ=αo(twt)dAo 通過管壁的熱傳導(dǎo) dQ=(λ/b) 由上可知： 例 一列管式換熱器 ， 由 216。 CO2與冷卻水呈逆流流動 。試求總傳熱系數(shù) K， 分別用內(nèi)表面積 A1， 外表面積 A2表示 。K/W 以內(nèi) 、 外表面計時 ， 內(nèi) 、 外表面分別用下標(biāo) 2表示 。 按照參與熱交換的兩種流體在沿著換熱器壁面流動時各點溫度變化的情況，可將傳熱分為恒溫傳熱與變溫傳熱兩類。 即平均溫度差與兩種流體的流向有關(guān) 。 錯流 參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)彼此呈垂直方向流動 。 ? 兩流體的比熱為常量 。 當(dāng) Δt2/ Δt1≤ 2時 ， 可用（ Δt2+ Δt1） /2代替對數(shù)平均溫度差 。 試分別計算并流與逆流時的平均溫度差 。 注：流體流動方向的選擇 方法：先按純逆流的情況求得其對數(shù)平均溫度差 Δtm逆 ，然后再乘以校正系數(shù) εΔt,即 Δtm=εΔt25 ， 管內(nèi)通入高溫氣體 ， 進(jìn)口 500℃ ,出口 400℃ ?！?。 又因管壁熱阻很小 ， 所以管壁兩的溫度比較接近 。 增加平均溫度差 在理論上可采取提高加熱介質(zhì)溫度或降低冷卻介質(zhì)溫度的辦法 ， 但受客觀條件 （ 蒸汽壓強(qiáng) 、 氣溫 、 水溫 ） 和工藝條件 （ 熱敏性 、 冰點 ） 的限制 。 減少傳熱阻力 （ 1） 減少壁厚或使用熱導(dǎo)率較高的材料； （ 2） 防止污垢形成或經(jīng)常清除污垢； （ 3） 加大流速 ， 提高湍動程度 ， 減少層流內(nèi)層的厚度均有利于提高對流傳熱系數(shù) 。 ?缺點：單位傳熱面的金屬消耗量很大 ， 占地較大 ， 故一般適用于流量不大 、 所需傳熱面亦不大及高壓的場合 。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單 、 便于制造 、 便于防腐 、 且能承受高壓 。其缺點是占地較大 ， 水滴濺灑到周圍環(huán)境 ， 且噴淋不易均勻 。 管外流體每通過一次殼體成為 一個殼程 。 優(yōu)點：容易制造 、 生產(chǎn)成本低 ， 適應(yīng)性強(qiáng) ， 尤其適于高壓流 體 ， 維修清洗方便 。 U形管補(bǔ)償 ：將管子兩端都固定在同一管板上 ， 每根管子可以自由伸縮 ， 與其他管子和外殼無關(guān) 。 缺點： ?允許操作壓力較低 ， 最高不超過 1961kPa， 否則容易滲漏； ?操作溫度不能太高 ， 因受墊片耐熱性能的限制； ?處理量不大 ， 因板間距小 ， 流道截面較小 ， 流速亦不能過大 。 夾套要裝在容器外部 ， 在夾套和器壁間形成密閉的空間 ， 成為一種流體的通道 。 ?用于冷卻時 ， 則冷卻水由下部進(jìn)入 ， 由上部流出 。 內(nèi)轉(zhuǎn)筒與中間圓筒內(nèi)面之間狹窄的環(huán)形空間即為被處理料液的通道 。 （ 4） 旋轉(zhuǎn)刮板式換熱器 混合式換熱器常用于蒸汽的冷凝或氣體的冷卻器 ， 有時兼作除塵器以及增濕或減濕之用 。 孔板式冷凝器 )( 222222 xx tx tt a ???????? ???? 此方程難以得到分析解 ， 通常只能求數(shù)值解 。 稱作畢渥特 (Biot)數(shù) ， 表示固體導(dǎo)熱熱阻與外側(cè)流體對流熱阻之比 。 食品中 , 湯團(tuán) 、 碗豆 、 黃豆等在速凍產(chǎn)品生產(chǎn)過程涉及的導(dǎo)熱屬于球體的不穩(wěn)定導(dǎo)熱 。 0 0。 0 2。 食品生產(chǎn)中需要在攪拌槽中對物料進(jìn)行間歇式加熱或冷卻 ， 槽內(nèi)料液的溫度是隨時間而變化的 。 0 4。 01 。 LFBT ooi??初始條件： ? ? 0, T/ ? 1 則方程解的形式為 將其作成 T/— （ F0， Bi, L0 ) 圖 ， 見下頁 。 稱作量綱為一距離 ， 表示相對位置 。 ?LFBTf ooi即： 其中： 039。 適用于真空系統(tǒng)中水蒸氣的排除 。 優(yōu)點：傳熱系數(shù)高 ， 拆裝清洗方便 。 （ 3） 夾套式換熱器 由刮板在靠近傳熱面處連續(xù)不斷地運動 ， 使料液成薄膜狀流動 。 適于傳熱量不大的場合 ， 為提高傳熱性能 ， 可在容器內(nèi)安裝攪拌器 ， 使器內(nèi)液體作強(qiáng)制對流 。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊 ， 單位體積提供的傳熱面積大 ， 總傳熱系數(shù)較大 ， 傳熱效率高 ， 不易堵塞 。 (1) 平板式換熱器 板片被壓制成槽形或波紋形的目的： ?增強(qiáng)剛度 ， 不致受壓變形； ?增強(qiáng)液體的湍動程度 ， 增大傳熱面積 ， 亦利于流體的均勻分布 。 補(bǔ)償圈補(bǔ)償 ：在外殼上焊上一個補(bǔ)償圈 。折流板同時起中間支架作用。 冷、熱流體兩種流體在列管式換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱時，一種流體通過管內(nèi)，其行程稱為 管程 ；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程 。 ?噴淋蛇管式換熱器 冷水由最上面管子的噴淋裝置中淋下 ， 沿管表面下流 ， 而被冷卻的流體自最下面管子流入 ， 由最上面管子中流出 ， 與外面的冷流體進(jìn)行熱交換 ，所以傳熱效果較沉浸式為好 。 蛇管式換熱器可分為沉浸式和噴淋式兩種 。 前者包括蛇管式 、 套管式 、 列管式、 翅片管式等 ， 后者包括板式 、 螺旋板式 、 夾套式等 換熱器 t1 t2 T1 T2 ?結(jié)構(gòu)：兩種直徑不同的標(biāo)準(zhǔn)管組成同心套管 ， 內(nèi)管可用 U形管連接 ， 而外管之間也由管子連接 。在一定氣源壓強(qiáng)下 ， 可以采取降低管道阻力的方法來提高加熱蒸汽的壓強(qiáng) 。 ? 強(qiáng)化傳熱的途徑： 加大傳熱面積 加大傳熱面積可以增大傳熱量 ， 但設(shè)備增大 ， 投資和維費也隨之增加 。 試求管內(nèi)壁平均溫度 Tw及管外壁平均 tw。 已知高溫氣體對流傳熱系數(shù) a1=250W/ m2 4） 錯流和折流時的平均溫度差 mwwwmwtKSttStTSbTTSQ????????)()()(2211???11 SQTTw ???22 SQtSbQTtmww ?? ????對穩(wěn)定傳熱過程 式中 S S Sm分別代表熱流體側(cè)傳熱面積 、 冷流體側(cè)傳熱面積 和平均傳熱面積 。 在換熱器的傳熱量 Q及總傳熱系數(shù) K值相同的條件下 ， 采用逆流操作 ， 可以節(jié)省傳熱面積 ， 而且可以接生加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的用量 。 （ 2） 上式對并流也適用 。 ? 換熱器的熱損失可忽略 。 復(fù)雜折流 ： 參與熱交換的雙方流體均作折流 。 （ 2） 變溫傳熱 并流 參與換熱的兩種流體在傳熱面的兩側(cè)分別以相同的方向流動 。 該過程又可分為下列兩種情況： 1) 間壁一側(cè)流體恒溫另一側(cè)流體變溫 ， 如用蒸汽加熱另一流體以及用熱流體來加熱另一種在較低溫度下進(jìn)行沸騰的液體 。 如蒸發(fā)器中 ， 飽和蒸汽和沸騰液體間的傳熱 。K 取 CO2側(cè)污垢熱阻 Ra1= 103m2K ， CO2 側(cè)的對流傳熱系數(shù)為 40 W/m2 管內(nèi)為 CO2， 流量為 6000kg/h， 由 55℃ 冷卻到 30℃ 。 ?若兩側(cè)的 α相差不大時 ， 則必須同時提高兩側(cè)的 α， 才能提高 K值 ?！? ） Si、 So、 Sm—— 換熱器內(nèi)表面積 、 外表面積 、 外表面平均面積 ， m2 注：在工程大多以外表面積為基準(zhǔn) ?！? ） Ts—— 冷凝液的飽和溫度 ， ℃ 通過換熱器中任一微元面積 dA的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方程 （ 仿對流傳熱速率方程 ） 為 dQ=K(Tt)dA=KΔtdA 式中 K—— 局部總傳熱系數(shù) ， w/（ m2 式中 Q—— 換熱器的熱負(fù)荷 ， kJ/h或 w W—— 流體的質(zhì)量流量 ， kg/h H—— 單位質(zhì)量流體的焓 ， kJ/kg 下標(biāo) c、 h分別表示冷流體和熱流體 ， 下標(biāo) 1和 2表示換熱器的進(jìn)口和出口 。 兩固體間的輻射傳熱 輻射加熱的方法 食品熱 加工分直接加熱和間接加熱。m2 C2—常數(shù)，其值為 102m 電磁波的波長范圍及熱射線 輻射傳熱 （ 2） 吸收率 A， 反射率 R 和透過率 D （ Absorption, Reflection and Diaphaneity ) DRA EEEE ???1??? EEEEEE DRA1??? DRA根據(jù)能量守恒定律： ER ED EA N E 物體輻射的能力 單色輻射 :單一波長的輻射 。 計算公式中的各物性數(shù)據(jù)的單位 。 4） 加熱面的影響： 加熱面的材料 、 粗糙度的影響 。 1） 溫度差： 溫度差是控制沸騰傳熱的重要參數(shù) ， 應(yīng)盡量在核狀沸騰階段操作 。 溫差越大 ， 汽化核心越多 ， 氣泡脫離表面越多 ， 沸騰越強(qiáng)烈 。 在大空間內(nèi)沸騰時 ， 隨著此溫度差的不同 ， 過程中的對流傳熱系數(shù) α和熱流密度 q都發(fā)生變化 。 工業(yè)上沸騰的方法有兩種： 1) 管內(nèi)沸騰 ：液體在管內(nèi)流動時受熱沸騰 。 在實際生產(chǎn)過程中 ， 多為膜狀冷凝過程 。 式中的 c、 n值見表 自然對流 蒸汽冷凝有 膜狀冷凝 和 滴狀冷凝 兩種方式 。 （ 3） 流體在換熱器的管間流動 2） 凱恩法 Nu=（ μ/μw） 注 ：若換熱器的管間無擋板 ， 管外流體沿管束平行流動 ， 則仍用管內(nèi)強(qiáng)制對流的公式計算 ， 只須將公式中的管內(nèi)徑改為管間的當(dāng)量直徑 。 定性尺寸：管外徑 ， 流速取每排管子中最狹窄通道處的流速 。s/m2 ρ=997kg/m3 Re=duρ/μ=( 997)/( 105） =8836 Re在 2300~10000之間 ， 為過渡流區(qū) Pr=cpμ/λ=( 103 105)/ 102 = a可按式 Nu= 進(jìn)行 計算 ，水被加熱 ， n=。 冷卻水流速為 ， 試求管壁對水的對流傳熱系數(shù) 。??? )39。 Δ t=twtm Nu=(GrPr) 補(bǔ)充： (3) 對于垂直管 ， 自然對流的影響較大 ， 可作近似校正 。 特性尺寸：取管內(nèi)徑 di 定性溫度： 除 μw取壁溫外 ， 均為流體進(jìn) 、 出口溫度的 算術(shù)平均值 。 試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù) 。 流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流時的對流傳熱系數(shù) （ 1） 圓形直管內(nèi)強(qiáng)制 湍流 時的對流傳熱系數(shù) 1) 低粘度流體 （小于水粘度的 2倍， *) Nu=（ μ/μw） 應(yīng)用范圍 Re10000， Pr16700， L/di≥60。 npiicudd )()(?????? ?Nu= 式中 n值視熱流方向而定 ， 當(dāng)流體被加熱時 ， n=， 被冷卻時 ， n=。 定性溫度 流體在對流傳熱過程中溫度是變化的 。 影響對流傳熱系數(shù)的主要因素： （ 2）對流傳熱過程的因次分析 無相變時 ， 影響對流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示： ),( tgcluf p ?? ?????用冪函數(shù)表示 : ? ? gfTdcpba ltgck ?? ?????snpm tlgcluCl )()()(223????????? ?? 八個物理量涉及四個基本因次：質(zhì)量 M， 長度 M， 長度 L，時間 T， 溫度 θ。 ?原理（伯金漢 定理） 量綱一致性原則。有溫度梯度較大的區(qū)域 。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度?！?， 外層為 20mm的石棉層 ， 其平均導(dǎo)熱系數(shù) λ= 上式對 r0求導(dǎo) ， 可求出當(dāng) Q最大時的臨界半徑 ， 即 0]1)/l n (