【正文】 RwT TCtt?????? ????? ????????????設(shè)備的熱損失 由于輻射而損失的熱量： 對(duì)流和輻射的聯(lián)合傳熱 ??????????????????????????442121 100100TTACQ ww? ( ) ( ) ( )C R C R w w T w wQ Q Q A t t A t t? ? ?? ? ? ? ? ? ? 式中 ：稱(chēng)為對(duì)流 — 輻射聯(lián)合給熱系數(shù) 。 較高溫度的物體 1傳給較低溫度的物體 2的輻射熱量： ????????????????????????42412121 100100TTACQw?C12—— 總輻射系數(shù)，它與兩個(gè)灰體的黑度和相對(duì)位置有關(guān) 。 上式為灰體輻射能力的計(jì)算公式，為求灰體的輻射能力，需知灰體的黑度。 黑度： 灰體輻射能力與同溫度下黑體輻射能力之比 ， 以 ε表示： 0EE? ?黑體的輻射能力最大，物體吸收率越大，輻射能力越強(qiáng)。 C0黑體輻射系數(shù)， C0= W/(m2自然界中也不存在絕對(duì)鏡體，例如表面拋光的銅，其反射率 R=。例如對(duì)稱(chēng)雙原子氣體 O N H2等都是透熱體。當(dāng)物體發(fā)射的輻射能投射到另一物體的表面上時(shí)，一部分被物體吸收 (QA),一部分被反射回去 (QR), 一部分透過(guò)物體 (QD), 其中被吸收的這部分可以轉(zhuǎn)化為熱能。 汽泡的生成依賴(lài)于兩個(gè)條件：一是液體必須過(guò)熱；二是加熱壁面上應(yīng)存在有汽化核心 。 圖中示出垂直管內(nèi)液體沸騰過(guò)程中出現(xiàn)的流動(dòng)型態(tài)和傳熱類(lèi)型，液體進(jìn)入管內(nèi)至開(kāi)始產(chǎn)生汽泡的這一段為單相液體的無(wú)相變加熱過(guò)程，液體開(kāi)始產(chǎn)生汽泡時(shí)，液體主體尚未達(dá)到飽和溫度，處于過(guò)冷狀態(tài)，稱(chēng)為過(guò)冷沸騰。 膜狀沸騰 ： ⊿ t繼續(xù)增大 ， 汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面上 ， 產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰 ， 此時(shí) ， 由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強(qiáng) ， 給熱系數(shù) α 和熱流密度 q又隨 ⊿ t的增加而升高 。 其給熱系數(shù) α 和熱流密度 q比無(wú)相變自然對(duì)流略大 。 強(qiáng)制對(duì)流沸騰是指液體在管內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中受熱 而 沸騰的現(xiàn)象，此時(shí)，汽泡不能自由升浮，而是受迫隨液體一起流動(dòng)，形成汽 — 液兩相流動(dòng)，沿途吸熱，直至全部汽化。 不凝性氣體將會(huì)在液膜外側(cè)聚積而形成一層氣膜 ， 冷凝器操作中及時(shí)排除不凝性氣體至關(guān)重要 。 （ 3） 膜狀冷凝的傳熱系數(shù) 蒸汽在垂直管外或垂直板側(cè)的冷凝 當(dāng) Re＜ 1800時(shí)，膜內(nèi)為滯流 若 Re＞ 1500時(shí)，膜層為湍流 垂直管外和板側(cè)膜層雷諾數(shù)的表達(dá)式 W— 凝液質(zhì)量流量 ， kg/s； b— 浸潤(rùn)周邊長(zhǎng)度 ， m； M— 冷凝負(fù)荷 ， M=W/b； A— 膜層流通截面積 ， m2； de— 液膜當(dāng)量直徑 ， m。 對(duì)紫銅管進(jìn)行表面改性處理 ， 能在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)的滴狀冷凝 ， 但在工業(yè)換熱器上應(yīng)用 ， 尚待時(shí)日 。 流體有相變化時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 蒸汽泠凝的對(duì)流傳熱 蒸汽是工業(yè)上最常用的熱源，在鍋爐內(nèi)利用煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量將水加熱汽化，使之產(chǎn)生蒸汽。 換熱器內(nèi)裝有圓缺型擋板時(shí)，殼程給熱系數(shù)： (1)Re=3~12 104時(shí) (2)Re=2 103~1 106時(shí) 0. 140. 6 1 R e P rwNu ????? ???? 4 5 1 R e P rwNu ????? ????2 流體在換熱器殼程的傳熱 ? ? nN u C G r Pr??C 自然對(duì)流傳熱系數(shù) 所謂大容積自然對(duì)流，如：無(wú)攪拌時(shí)釜內(nèi)液體的加熱；傳熱設(shè)備外表面與周?chē)h(huán)境大氣之間的對(duì)流傳熱 （ 1） 蒸汽冷凝的方式 1 膜狀冷凝：冷凝液體能潤(rùn)濕壁面 ， 它就在壁面上鋪展成膜 ， 膜狀冷凝時(shí)蒸汽放出的潛熱必須穿過(guò)液膜才能傳遞到壁面上去 ， 此時(shí)液膜層就形成壁面與蒸汽間傳熱的主要熱阻 。 ~,~,70000~5000Re 21 ??? dsdsB 流體在管外作強(qiáng)制對(duì)流 1 流體在管束外橫掠流動(dòng) 錯(cuò)列 直列 各排的給熱系數(shù)不同 ， 應(yīng)按下式求其平均值 。 4 流體在圓形管內(nèi)強(qiáng)制滯流 5 流體在圓形管內(nèi) 過(guò)渡流 在 Re=2300~10000的過(guò)渡區(qū) ， 作為粗略計(jì)算 ， 可按湍流傳熱的公式計(jì)算 h值 ， 然后乘以修正系數(shù) f： 5Re1061 ???f 換熱器殼程都是橫掠管束流動(dòng) ， 換熱管排列分為直列和錯(cuò)列兩種 ，流體沖刷直列和錯(cuò)列管束的情景是不同的 。 2 流體在彎管作強(qiáng)制對(duì)流 特征尺寸應(yīng)用當(dāng)量直徑 de。 液體被加熱 ≈ ， 液體被冷卻 ≈ 。 ? 對(duì)于氣體 由于 Pr＜ 1， 即 ＜ ， 氣體被加熱的給熱系數(shù)小于被冷卻給熱系數(shù)。 入口效應(yīng) 對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式 0. 23 nNu R e P r?式中 n值與熱流方向有關(guān) ， 當(dāng)流體被加熱時(shí) ， n=， 當(dāng)流體被冷卻時(shí) ， n=。 應(yīng)用范圍 只能在實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)應(yīng)用 ， 外推是不可靠的 。 ( , , , , , )pf u l C? ? ? ??在自然對(duì)流傳熱中 ， 流體流動(dòng)是由浮升力引起的 ， 故將 u代以浮升力從而得到自然對(duì)流傳熱中給熱系數(shù)的影響因素表示式 β g⊿t 表示流體由于溫差 ⊿ t而產(chǎn)生的浮升力 ， β 稱(chēng)為流體的膨脹系數(shù)。則： Q A t A t? ??? ? ? ?)( ??? ?令α——比例系數(shù)（亦稱(chēng)給熱系數(shù)） ，對(duì)流給熱強(qiáng)度的標(biāo)志 。 對(duì)流傳熱 一、對(duì)流傳熱過(guò)程分析 二、牛頓冷卻定律 三、對(duì)流傳熱系數(shù)及其影響因素 四、對(duì)流傳熱系數(shù)的因次分析 冷凝傳熱 有相變傳熱 沸騰傳熱 對(duì)流傳熱 自然對(duì)流 無(wú)相變傳熱 管外對(duì)流 強(qiáng)制對(duì)流 非圓管道 管內(nèi)對(duì)流 彎管 湍流 圓形直管 過(guò)渡流 滯流 由于對(duì)流傳熱的多樣性，有必要將問(wèn)題分類(lèi)加以研究。導(dǎo)熱系數(shù)越大，物體的導(dǎo)熱性能越好，即在相同的溫度梯度下傳熱速率越大。它是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性定律。 ? ??, zyxft ? ? ?zyxft ,? ? ?xft ?溫度場(chǎng) 穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng) 非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng) 物體的溫度分布隨時(shí)間變化 物體中各點(diǎn)溫度與時(shí)間無(wú)關(guān) 溫度梯度 同一等溫面上各點(diǎn)的溫度相同，故沿著等溫面移動(dòng)，溫度無(wú)變化，即無(wú)熱量傳遞；若沿著與等溫面相交的任何方向移動(dòng)，溫度發(fā)生變化，并伴有熱量傳遞。有夾套式熱交換器；蛇形式熱交換器；套管式熱交換器；列管式熱交換器；板式熱交換器。 (2) 蓄熱式 —— 先將熱流體的熱量?jī)?chǔ)存在熱載體上，然后由熱載體將熱量傳遞給冷流體、此即蓄熱式換熱器。一切物體都能以這種方式傳遞能量，而不借助任何傳遞介質(zhì)。據(jù)引起對(duì)流的原因不同可分為：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。 物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀(guān)粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞。第三章 傳 熱 合比 :a/b=c/d=e/f?? 則 (a+b)/b=(c+d)/d (ab)/b=(cd)/d (a+c)/(b+d)=e/f a+c+??/b+d+??=a/b=c/d=?? 傳熱 過(guò)程在化工中的應(yīng)用 傳熱是自然界和工程領(lǐng)域中較為普遍的一種傳遞過(guò)程，通常來(lái)說(shuō)有溫度差的存在就有熱的傳遞，也就是說(shuō)溫差的存在是實(shí)現(xiàn)傳熱的前提條件或者說(shuō)是推動(dòng)力，在化工中很多過(guò)程都直接或間接的與傳熱有關(guān)。 熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱） 一個(gè)物體的兩部分連續(xù)存在溫差，熱就要從高溫部分向低溫部分傳遞，直到各個(gè)部分的溫度相等為止，這種傳熱方式就稱(chēng)為熱傳導(dǎo)。因?yàn)橹挥辛黧w的質(zhì)點(diǎn)才能發(fā)生相對(duì)位移。 熱輻射 熱輻射是一種通過(guò)電磁波傳遞能量的過(guò)程。浴室中水池的水，就是將水蒸汽直接通入冷水中，使冷水加熱，此即直接混合式。 (3)間壁式 —— 熱流體通過(guò)間壁將熱量傳遞給冷流體，化工中應(yīng)用極為廣泛。溫度不同的等溫面彼此不能相交。 一維溫度梯度： gret dxdtt ?t+Δt t tΔt 熱傳導(dǎo)與傅立葉定律 熱傳導(dǎo)遵循傅立葉定律。 dxdt 導(dǎo)熱系數(shù) λ 1．物理意義 —— 表征物質(zhì)的導(dǎo)熱能力，物質(zhì)的熱物性參數(shù)。 仿照串聯(lián)電路的歐姆定律 ， 對(duì)于三層熱阻的串聯(lián)導(dǎo)熱 ， 穩(wěn)態(tài)下 ， 有 332211RtRtRtQ ??????AbAbAbttRRRtttQ33221141321321??????????????? 圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) t r1 r r2 r dr t1 t2 dt 與平壁相比： 相同處 :定態(tài)熱傳導(dǎo) ， Q為常量 不同處 : 1) 傳熱面為同心圓柱面 ， 隨 r而變 2) 溫度沿 r而變 設(shè)內(nèi)壁半徑為 r1， 溫度為 t1 外壁半徑為 r2， 溫度為 t2 在半徑 r處取 dr薄層 ， 若圓筒長(zhǎng) L則傳熱面積 A=2πrL 由傅立葉方程 drdtrLdrdtAQ ??? 2???? ?? ?????212122ttrrdtQLrdrdtQLrdr????RtrrlttrrttLQ ??????12211221ln21ln2????改寫(xiě)為類(lèi)似單層平壁的計(jì)算公式： 2 1 1 2 2 1 1 212222 1 2 1112 ( ) ( ) ( ) ( ) ()2( ) l n ( ) l n2ml r r t t A A t tQ A t tr l A br r r rr l A? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ???導(dǎo)熱速率 1221ln2rrttlQq ??? ?? 多層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo) t r1 r2 r3 r4 t1 t2 t3 t4 x 同理，對(duì)第二層，可以得到： ? ?23232ln12rrt