【文章內容簡介】 在過渡流時 ， 對流傳熱系數(shù)可先用湍流時的計算公式計算 ， 根據(jù)所得的 α值再乘以校正系數(shù) φ， 即可得到過渡流下的對流傳熱系數(shù) 。 5Re1061 ??????? ??39。??? )39。( rdf i???? 流體在彎管內流動時 ， 由于受離心力的作用 ， 增大了流體的湍動程度 ， 使對流傳熱系數(shù)較直管內大 。 式中 α?—— 彎管中的對流傳熱系數(shù) ， w/（ m2?℃ ） α —— 直管中的對流傳熱系數(shù) ， w/（ m2?℃ ） r’ —— 彎管軸的彎曲半徑 ， m （ 4） 流體在彎管內作強制對流 例：一套管換熱器 ， 套管為 υ89 ， 內管為 υ25 。 環(huán)隙中為 p=100kPa的飽和水蒸氣冷凝 ， 冷卻水在內管中渡過 ， 進口溫度為 15℃ ， 出口為 85℃ 。 冷卻水流速為 ， 試求管壁對水的對流傳熱系數(shù) 。 解：此題為水在圓形直管內流動 定性溫度 t=（ 15+35） /2=25℃ 查 25℃ 時水的物性數(shù)據(jù) （ 見附錄 ） 如下 ： Cp= 103J/kg ℃ λ= ℃ μ= 103Ns/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= 進行 計算 ，水被加熱 ， n=。 952 61061Re 1061 55???????f校正系數(shù) f kmwfcuddpii?????????2/1 9 7 89 5 2 )()8 8 3 6()()(??????對流傳熱系數(shù) 采用上述各關聯(lián)式計算 ， 將管內徑改為當量直徑 de即可 。 當量直徑按下式計算 具體采用何種當量直徑 ， 根據(jù)所選用的關聯(lián)式中的規(guī)定而定 。 潤濕周邊流體流動截面積?? 4ed傳熱周邊流體流動截面積?? 4ed或 （ 5） 流體在非圓形管內強制對流 流體外繞壁面強制對流 （ 1） 流體平行流過平板 當 Re3 105（層流）時 Nu=當 Re3 105（湍流）時 Nu=在錯列管束外流過時 Nu= 在直列管束外流過時 Nu= 應用范圍： Re3000 定性溫度：流體進 、 出口溫度的平均值 。 定性尺寸：管外徑 ， 流速取每排管子中最狹窄通道處的流速 。 管排數(shù)為 10， 若不為 10時 ， 計算結果應校正 。 （ 2）流體在管束外強制垂直流動 換熱器內裝有圓缺形擋板 （ 缺口面積為 25%的殼體內截面積 ） 時 ， 殼方流體的對流傳熱系數(shù)的關聯(lián)式為： 1） 多諾呼法 Nu=（ μ/μw） 應用范圍 : 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 。 定性溫度 : 除 μw取壁溫外 ， 均為 流體進 、 出口溫度的算 術平均值 。 （ 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 ， 則仍用管內強制對流的公式計算 ， 只須將公式中的管內徑改為管間的當量直徑 。 應用范圍 : Re=2 103~1 105 特性尺寸 : 取當量直徑 ， 管子排列不同 ， 計算公式也不同 。 定性溫度 : 除 μw取壁溫外 ， 均為 流體進 、 出口溫度的算 術平均值 。 加熱表面形狀 特征尺寸 GrPr 范圍 c n 水平 圓管 外徑 d0 104~109 1/4 109~1012 1/3 垂直管或板 高度 L 104~109 1/4 109~1012 1/3 Nu=c（ GrPr） n 定性溫度 : 取膜的平均溫度 ， 即壁面溫度和流體平均溫度的算 術平均值 。 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 。 膜狀冷凝 ：由于冷凝液能潤濕壁面 ， 因而能形成一層完整的膜 。 在整個冷凝過程中 ， 冷凝液膜 是其主要熱阻 。 滴狀冷凝 ： 若冷凝液不能潤濕避免 ， 由于表面張力的作用 ， 冷凝液在壁面上形成許多液滴 ， 并沿壁面落下 ， 此中冷凝稱為滴狀冷凝 。 在實際生產過程中 ， 多為膜狀冷凝過程 。 蒸汽冷凝時的傳熱推動力是 蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差 。 流體有相變時的對流傳熱系數(shù) （ 1） 蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù) 4123)(????tlgr??1） 在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝 （ 2） 膜狀冷凝時對流傳熱系數(shù) 2） 水平管壁上作膜狀冷凝 41023)(????tndgr??式中 l—— 垂直板或管的高度 ρ、 λ、 μ—— 冷凝液的密度 、 導熱系數(shù) 、 粘度 r—— 飽和蒸汽的冷凝潛熱 Δt—— 蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差 d—— 管子外徑 n—— 管束在垂直面上的列數(shù) ?不凝性氣體的影響 在蒸汽冷凝時不凝性氣體在液膜表面形成一層氣膜 ， 使傳熱阻力加大 ， 冷凝對流傳熱系數(shù)降低 。 ?蒸汽流速和流向的影響 ?冷卻壁面的高度及布置方式 ?流體物性 影響冷凝傳熱的因素： 對液體對流加熱時 ， 在液相內部伴有由液相變成氣相的過程稱為 沸騰 。 工業(yè)上沸騰的方法有兩種： 1) 管內沸騰 ：液體在管內流動時受熱沸騰 。 2) 大溶積沸騰 （ 池內沸騰 ） ：加熱壁面浸沒在液體中 ， 液體在壁面受熱沸騰 。 沸騰傳熱的應用：精餾塔的再沸器 、 蒸發(fā)器 、 蒸汽鍋爐等 。 液體沸騰時的對流傳熱系數(shù) （ 1） 沸騰傳熱的特點 α 溫度差 Δt q A B C D α線 q線 液體沸騰傳熱過程的推動力是加熱面溫度和液體飽和溫度之差 。 在大空間內沸騰時 ， 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 。 （ 2） 液體的沸騰過程 根據(jù)傳熱溫差的變化 ， 可將液體沸騰傳熱過程分為以下四個階段： 1) 自然對流階段 如 AB段所示 ， 溫差小 ， 無明顯沸騰現(xiàn)象 。 此階段 α和 q均很小 ， 且隨著溫差增大而緩慢增加 。 2) 泡核沸騰階段 如 BC段所示 ， 由于氣泡運動所產生的對流和擾動作用 ，此階段 α和 q均隨著溫差增大而迅速增加 。 溫差越大 ， 汽化核心越多 ， 氣泡脫離表面越多 ， 沸騰越強烈 。 影響沸騰傳熱的因素 3）膜狀沸騰階段 圖中 CD所示。因汽化核心過多而形成不穩(wěn)定汽膜，使加熱面與液體隔開， α和 q下降。 4）穩(wěn)定臘狀沸騰階段 圖中 D點以后，汽泡在加熱面上形成和發(fā)展。 1） 溫度差： 溫度差是控制沸騰傳熱的重要參數(shù) ， 應盡量在核狀沸騰階段操作 。 2） 操作壓力： 提高操作壓力可提高液體的飽和溫度 ， 從而使液體的粘度及表面張力均下降 ， 有利于氣泡的生成與脫離壁面 ，其結果是強化了對流傳熱過程 。 3） 流體物性： 氣泡離開表面的快慢與液體對金屬表面的浸潤能力及液體的表面張力的大小有關 ， 表面張力小 ， 潤濕能力大的液體 ， 形成的氣泡易脫離表面 ， 對沸騰傳熱有利 。 此外 λ、 μ、ρ等也有影響 。 4） 加熱面的影響： 加熱面的材料 、 粗糙度的影響 。 （ 3） 沸騰對流傳熱系數(shù)的計算 在應用對流傳熱計算公式時應注意以下幾點： 首先分析所處理的問題是屬于哪一類 ， 如：是強制對流或是自然對流 ， 是否有相變等 。 選定響應的對流傳熱系數(shù)計算式 ， 特別應注意的是所選用的公式的使用條件 。 當流體的流動類型不能確定時 ， 采用試差法進行計算 ，再進行驗證 。 計算公式中的各物性數(shù)據(jù)的單位 。 對流傳熱系數(shù)小結 （ 1） 熱輻射能 物質受熱激發(fā)起原子的復雜運動 ， 進而向外以電磁波的形式發(fā)射并傳播的能量 。 接受這種電磁波的物體又將吸收的輻射能轉變成熱能 。 — 1010— 1010— 1 102 104 106 104 102 106 γ射線 無線電波 微波 X射線 紫外 熱射線 紅外 能被物體吸收而轉變成熱能的輻射線稱作 熱射線 。 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 。 單色輻射能：一定溫度下 ， 從單位物體表面在單位時間內發(fā)射單一波長輻射的輻射能 ， 用 Eλ表示 ， 其單位為 W/m2 灰體 （ A+R＝ 1,D＝ 0） ： 能吸收從 0~無窮長的所有波長范圍的輻射能且吸收率相等的物體稱灰體 。 表面現(xiàn)象 容積現(xiàn)象 （ 3） 黑體 、 白體和透體和灰體 黑體 A=1 白體 R=1 透體 D=1 （ 1）單色輻射能 Eλ及 Plank’s Law 黑體的單色輻射能 Ebλ 可用 Plank’s Law 精確地描述： 1251???e TCbCE??? 由黑體輻射譜中能量分布圖可知：隨著溫度的提高 ， 物體最大輻射能漸向波長縮短的方向移動 。 E bλ λ T=1400 K T=1200 K 0 10 Ebλ—黑體的單色輻射能力， w/m3 λ—波長， m T—物體的熱力學溫度， K C1—常數(shù)，其值為 1016Wm2 C2—常數(shù)，其值為 102mK （ 2） 斯蒂芬 — 波爾茨曼 （ StephenBoltzman ） 定律 全輻射能 （ 輻射照度 ） 為所有單色輻射能之和 ， 即 對黑體 4040)100( TcTdEE bb ??? ? ? ??? σ稱為 斯蒂芬 — 波爾茨曼 輻射常數(shù) ， 其值為 108 w/(m2K 4) c0稱為黑體輻射系數(shù) 上式說明 ， 黑體的全發(fā)射能力正比于熱力學溫度的四次方 ， 此關系稱為 斯蒂芬 — 波爾茨曼定律 ， 亦稱 四次方定律 。 ??? 0 ?? dEE(W/m2) bEE黑體發(fā)射能力物體發(fā)射能力黑體吸收輻射能的能力物體吸收輻射能的能力 ???黑度 ε：輻射率 （ 3）克?；舴颍?Kirschoff）定律 當兩物休，在相同的環(huán)境處于溫度平衡之下，則： 2211AEAE ?E1 E0 （ 1A1） E0 A1E0 Ⅰ 灰體 Ⅱ 黑體 ?????? ????42412121 )100()100(TTACQ ?C 1— 2 稱為總輻射系數(shù)； φ 稱為角系數(shù) ， 表示由輻射面 A發(fā)射出的能量為另一物體所截獲的分數(shù) ，與兩物體幾何排列和面積有關 。 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。 （一）紅外線加熱 （二）高頻加熱 （三）微波加熱 傳熱計算主要有兩種類型： ? 設計計算 (熱負荷 ) 根據(jù)生產要求的熱負荷確定換熱器的傳熱面積 。 ? 校核計算 （ 操作型 ） 計算給定換熱器的傳熱量 、 流體的溫度或流量 。 穩(wěn)定 傳熱過程計算 對間壁式換熱器作能量恒算 ， 在忽略熱損失的情況下有 上式即為 換熱器的熱量恒算式 。 式中 Q—— 換熱器的熱負荷 ， kJ/h或 w