【正文】 缺口面積為 25%的殼體內(nèi)截面積 ） 時(shí) ， 殼方流體的對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式為： （ 1）多諾呼法 Nu=（ μ/μw） 應(yīng)用范圍 : Re=(2~3) 104 特性尺寸 : 取管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速。 在整個(gè)冷凝過程中 ， 冷凝液膜是其主要熱阻 。 工業(yè)上，大多數(shù)是膜狀冷凝，在冷凝器的設(shè)計(jì)中按膜狀冷凝設(shè)計(jì)。包括 大容積沸騰、管內(nèi)沸騰 。 BC段 ： 核狀沸騰 ： 當(dāng)△ t升 高時(shí)，加熱表面的局部位置 產(chǎn)生氣泡，氣泡產(chǎn)生的速度 隨△ t上升而增加，由于氣泡 的生成、脫離和上升，使液體劇烈擾動(dòng)，因此， α和 q 急劇增大。 ? 由于核狀沸騰傳熱系數(shù)較膜狀沸騰的大，因此工業(yè)生產(chǎn)中一般總是設(shè)法控制在核狀沸騰。在應(yīng)用這些方程時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 首先分析所處理的問題是屬于哪一類 ， 如：是強(qiáng)制對(duì)流或是自然對(duì)流 ， 是否有相變等 。 Q=Wh(Hh1Hh2)=Wc(Hc2Hc1) 一、熱量恒算 若 熱損失 QL不能忽略： Q=Wh(Hh1Hh2)=Wc(Hc2Hc1)+QL 若換熱器中兩流體 無相變 時(shí) ， 且認(rèn)為流體的比熱不隨溫度而變 ， 則衡算可寫為 : 式中 cp—— 流體的平均比熱， kJ/（ kg ? K＝ f（流體的物性、操作條件、換熱器的類型等） ? K的來源： （ 1） 生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（查手冊(cè)） （ 2） 實(shí)驗(yàn)測(cè)定 （ 3） 分析計(jì)算 2 總傳熱系數(shù) 對(duì)于管式換熱器 ， 假定管內(nèi)作為加熱側(cè) ， 管外為冷卻側(cè) ，則通過任一微元面積 dS的傳熱由三步過程構(gòu)成 。 管內(nèi)為 CO2， 流量為 6000kg/h， 由 55℃ 冷卻到 30℃ 。K 取 CO2側(cè)污垢熱阻 Rai= 103m2 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 。 并流 1 2 逆流 1 2 錯(cuò)流 2 1 折流 1 1 2 常量??? phh cWdTdQ 常量?? pcc cWdtdQ假設(shè)： ? 傳熱為穩(wěn)定操作過程 。 試分別計(jì)算并流與逆流時(shí)的平均溫度差 。試計(jì)算： (1)換熱器第一管程出口空氣的溫度； (2)第一管程內(nèi)的傳熱量占總傳熱量的百分?jǐn)?shù) 。 Tw、 tw分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的壁溫 α α2分別代表熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù) 整理上式可得 五、壁溫的計(jì)算 例 在一由 216。 kmwddddbKm??????????2212111/2422520100001204525011111???解： (a) 總傳熱系數(shù) 以管子內(nèi)表面積 S1為基準(zhǔn) (c)計(jì)算單位面積傳熱量 1882506558045011????? SQTT w ?℃ (d)管壁溫度 Q/S1=K1Δtm =242 271=65580W/ m2 T熱流體的平均溫度，取進(jìn)、出口溫度的平均值 T=(500+400)/2=450 ℃ 管內(nèi)壁溫度 (b) 平均溫度差 在 p=981 kN/m2， 水的飽和溫度為 179℃ 2712 )179400()179500( ?????? mt℃ 管外壁溫度 mww SQbTt???21111/58 2065 580 mwddSQSSSQSQmmm????? ????wt℃ 由此題計(jì)算結(jié)果可知：由于水沸騰對(duì)流傳熱系數(shù)很大 ， 熱阻很小 ， 則壁溫接近于水的溫度 ， 即 壁溫總是接近對(duì)流傳熱系數(shù)較大一側(cè)流體的溫度 。 在一定條件下也可采用逆流代替并流 。 提高蒸汽壓強(qiáng) ， 設(shè)備造價(jià)會(huì)隨之提高 。 忽略管壁 、 污垢熱阻 。 試求： (1) 管內(nèi)油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)； (2) 油的流速增加一倍，保持飽和蒸汽溫度及油入口溫度不變，假設(shè)油的物性不變，求油的出口溫度； (3) 油的流速增加一倍 ， 保持油進(jìn) 、 出口溫度不變 ， 求飽和蒸汽的溫度 。 一般設(shè)計(jì)時(shí) ， 要求 ε＞ ， 最小不低于 4 錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差 例 : 在一雙管程列管換熱器中，殼方通入飽和水蒸氣加熱管內(nèi)的空氣。 1212lntttttm???????? 該式同樣適用于并流傳熱過程。 折流 ： 簡(jiǎn)單折流和復(fù)雜折流 簡(jiǎn)單折流 ：一側(cè)流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一側(cè)的流體作折流，使兩側(cè)流體間有并流與逆流的交替存在。 三、傳熱平均溫度差的計(jì)算 按照參與熱交換的兩種流體在沿著換熱器壁面流動(dòng)時(shí)各點(diǎn)溫度變化的情況，可將傳熱分為 恒溫傳熱 與 變溫傳熱 兩類。 試求總傳熱系數(shù) K， 分別用內(nèi)表面積 Ai，外表面積 Ao表示 。 當(dāng)管壁熱阻和污垢熱阻可忽略時(shí) ， 則可簡(jiǎn)化為 : oK ?11 ?若 αo αi， 則有 : 由上可知： oiok ??111 ??Ko o 例：一列管式換熱器 ， 由 216。 dQ=Ki(Tt)dSi=Ko(Tt)dSo=Km(Tt)dSm 式中 Ki、 Ko 、 Km— 基于管內(nèi)表面積、外表面積、外表面平均面積的總傳熱系數(shù)， w/（ m2 ? 校核計(jì)算 計(jì)算給定換熱器的傳熱量 、 流體的溫度或流量 。一般認(rèn)為： λ↑（導(dǎo)熱能力 ↑）或 ρ↑（自然對(duì)流 ↑） ? α↑ μ或 σ↓（氣泡易于脫離 ↑） ? α↑ 32 ~t?? ?④ 加熱表面 加熱壁面的材料和粗糙度對(duì)沸騰給熱有重要的影響。 ? 臨界點(diǎn)△ tc和 qc ：從核狀沸騰變?yōu)槟罘序v的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 液體沸騰曲線 大容積飽和液體沸騰的情況隨溫度差△ t（壁溫與液體飽和溫度之差）而變，出現(xiàn)不同的沸騰狀態(tài)。 ⑥ 流體的物性 ： （汽化熱 r、密度 ρ、 λ） ↑， α↑； μ↓， α↑ 2 液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 液體沸騰的基本概念 液體的沸騰 :當(dāng)液體被加熱時(shí)，液相內(nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過程。因此熱阻小得多。 式中的 c、 n值見表 3 自然對(duì)流 蒸汽冷凝有 膜狀冷凝 和 滴狀冷凝 兩種方式 。 定性尺寸 ：取管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速。 Pr=cpμ/λ=( 103 105)/ 102 = 校正系數(shù) υ： 95 24088 3610611061 815815.R ..e????????1978)()8836()()(???????? fcuddpii??????υ w/（ m2?℃ ） 采用上述各關(guān)聯(lián)式計(jì)算 ， 將 管內(nèi)徑 改為 當(dāng)量直徑 de即可 。 計(jì)算時(shí) ， 可先用直管的公式 ， 然后再進(jìn)行校正 。 流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制滯流 當(dāng)自然對(duì)流的影響 不能忽略 時(shí) ， 而自然對(duì)流的影響又因管子水平或垂直放置以及流體向上或向下流動(dòng)方向不同而異 。 解：此題為空氣在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流 。 定性溫度： 流體進(jìn) 、 出口溫度的算術(shù)平均值 。 定性溫度 ： 流體在對(duì)流傳熱過程中溫度是變化的 ?！?）。 試求每米管長(zhǎng)的熱損失及兩層保溫層界面的溫度 。 熱損失為： 保溫層的臨界直徑 tf r1 r0 t1 上式對(duì) r0求導(dǎo) ， 可求出當(dāng) Q最大時(shí)的臨界半徑 ， 即 0]1)/l n ([)11)((22012010???????????rrrrrttLdrdQoof解得 r0=λ/α ?當(dāng)保溫層的外徑 do2λ /α 時(shí)，則增加保溫層的厚度反而使熱損失增大。 三、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 1 單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) Q t2 t1 r1 r r2 dr L 1221ln2rrttLQ ?? ??將上式分離變量積分并整理得 根據(jù)傅立葉定律 ， 對(duì)此薄圓筒層可寫出傳導(dǎo)的熱量為 上式也可寫成與平壁熱傳導(dǎo)速率方程相類似的形式 ， 即 drdtrLdrdtAQ ??? 2???? S 122121 )()(rrttAbttAQ mm????? ??Sm Sm 1212lnrrrrrm??上兩式相比較 ， 可得 其中 式中 rm—— 圓筒壁的 對(duì)數(shù)平均半徑 ， m Sm—— 圓筒壁的內(nèi)、外表 面對(duì)數(shù)平均面積 ， m2 當(dāng) S2/S12時(shí) ， 可認(rèn)為 Sm=（ S1+S2） /2— 算術(shù)平均值 12121212ln22ln)(2AAAALrLrrrLAm???????Sm LrrrrrLAmm ?? 2ln)(21212 ???Sm r1 r2 r3 r4 t1 t2 t3 t4 對(duì)穩(wěn)定導(dǎo)熱過程 ， 單位時(shí)間內(nèi)由多層壁所傳導(dǎo)的熱量 ， 亦即等于經(jīng)過各單層壁所傳導(dǎo)的熱量： Q1 = Q2 =… … = Qn 如圖所示：以三層圓筒壁為例 。 k， 墻外表面溫度為 10℃ ， 內(nèi)表面為 5℃ ， 試計(jì)算進(jìn)入冷庫(kù)的 熱通量 （ 熱流密度 ） 及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度 。 (對(duì)傳熱，傳質(zhì)，動(dòng)量傳遞“三傳”均適用） 當(dāng) λ 為常數(shù)， xttbttq ???? 121 ?? ）（211 ttbxtt ??? 單層平壁內(nèi)溫度分布為直線 當(dāng) λ 隨溫度變化時(shí)，單層平壁內(nèi)溫度分布為曲線。 xtqxtdSdQ????????? 由 23式推導(dǎo) ： 23b 單位： W/(m ?K) ?對(duì)于金屬 t ↑ λ↓(通過自由電子的運(yùn)動(dòng) ) 對(duì)于非金屬 t ↑ λ↑ (通過靠晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng) ) 對(duì)于液體 t ↑ λ↓ (通過靠晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng) ) 對(duì)于氣體 t ↑ λ↑ (通過分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) ) ?λ隨壓力變化不大。 xtxxtxxtgr adtx ??????????),(),(l i m0?? 對(duì)于一維溫度場(chǎng) ， 等溫面 x及 (x+Δx)的溫度分別為 t(x,τ)及t(x+Δx,τ)， 則兩等溫面之間的平均溫度變化率為： xxtxxt???? ),(),( ?? tg r addxtd ??22 22a 傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即 式中 Q—— 單位時(shí)間傳導(dǎo)的熱量，簡(jiǎn)稱傳熱速率， w A—— 導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積， m2 λ—— 導(dǎo)熱系數(shù) (thermal conductivity)， w/。 在不穩(wěn)定溫度場(chǎng)中的傳熱為 不穩(wěn)定傳熱 。 ℃ /W 兩點(diǎn)說明： ? 單位傳熱面積的傳熱速率 (熱通量 )正比于推動(dòng)力，反比于熱阻。 ? 解決這些問題，主要依靠?jī)蓚€(gè)基本關(guān)系。 ② 蓄熱式 —— 熱量 存儲(chǔ)在熱載體上 傳遞給冷流體 。 熱輻射 因熱的原因而產(chǎn)生的 電磁波 在空間的傳遞 ， 稱為熱輻射 。 不良導(dǎo)體的固體與液體： 主要靠分子 、 原子的振動(dòng) 。 本章重點(diǎn)和難點(diǎn) 第三章 傳熱 一、傳熱在生物（食品）工程中的應(yīng)用 第一節(jié) 傳熱的基本概念 ? 傳熱： 是不同溫度的兩個(gè)物體之間或同一物體的兩個(gè)不同溫度部位之間所進(jìn)行的熱的轉(zhuǎn)移。 熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中 。 ?任何物體只要在絕對(duì)零度以上都能發(fā)射輻射能 ， 但是只有在物體溫度較高的時(shí)候 ， 熱輻射才能成為