【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 bamANu ???????????PrRe 實(shí)驗(yàn)表明： 大容積自然對(duì)流的給熱系數(shù)： cb GrANu Pr?? ?bpCtlgdA，GrANu ???????? ??????????223b Pr 或 表 42 系數(shù) A 和 b 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 40 對(duì)流傳熱過(guò)程 有相變的對(duì)流給熱 蒸汽冷凝給熱： 當(dāng)飽和蒸汽與低于其溫度的冷壁接觸時(shí) ， 將凝結(jié)為液體 ， 釋放出汽化潛熱的給熱過(guò)程 。 包括 滴狀冷凝 和 膜狀冷凝 。 液體沸騰給熱： 液體與高溫壁面接觸被加熱汽化 ， 并產(chǎn)生氣泡的過(guò)程稱(chēng)為液體沸騰 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 41 輻射傳熱過(guò)程 輻射傳熱過(guò)程的概念 絕對(duì)溫度不為零度 的 物體 ， 都會(huì)不停地以電磁波的形式向外界輻射能量 ； 同時(shí) ， 又不斷吸收來(lái)自外界其他物體的輻射能 。 當(dāng)物體向外界輻射的能量與其從外界吸收的輻射能不相等時(shí) ， 該物體與外界就產(chǎn)生熱量的傳遞 。 這種傳熱方式稱(chēng)為 熱輻射 。 在工業(yè)上所遇到的溫度范圍內(nèi) ， 有實(shí)際意義的熱輻射波長(zhǎng)在 ～1000μm 之間 ， 大部分集中于紅外線區(qū)段： ～ 20μm 之間 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 42 輻射傳熱過(guò)程 固體輻射 黑體的輻射能力和吸收能力： 外來(lái)輻射投影到物體表面的能量 ， 會(huì)發(fā)生吸收 、 反射和穿透現(xiàn)象 ，如圖 411所示 。 圖 411 輻射能的吸收、 反射和穿透 根據(jù)能量守衡定律 ， 有： dra ??? 式中： Q投射總能量； Qa、 Qr、 Qd吸收 、 反射 、 透射的能量 。 1?????? dra dra2022年 6月 2日星期四 Process System principle 43 輻射傳熱過(guò)程 固體輻射 式中： a、 r、 d 分別稱(chēng)為吸收率 、 反射率和透射率 。 固體 、 液體： d = 0 ， 1??ra1?? da 氣體： r = 0 ， 黑體輻射能力服從斯蒂芬 波爾茲曼 （ StefanBoltzmann） 定律： 當(dāng) a = 1 ， 稱(chēng)該物體為黑體 。 40TE b ?? 式中： Eb 黑體輻射能力 ， w/m2； σ 0 黑體輻射常數(shù) ， 108 w/（ m2 K 4） 。 T 黑體表面的絕對(duì)溫度 ， K 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 44 輻射傳熱過(guò)程 固體輻射 或： 40 100 ??????? TCEb 式中： C0 黑體輻射系數(shù) ， w/（ m2 K4） 。 實(shí)際物體的輻射能力和吸收能力： 40 100 , ????????? TCEEEEbb??? 或 式中： ε 實(shí)際物體的黑度 。 實(shí)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 45 輻射傳熱過(guò)程 固體輻射 表 43 灰體的輻射能力和吸收能力： 對(duì)于灰體：輻射能力 ε= 吸收能力 a 實(shí)際物體的吸收能力與投入輻射的波長(zhǎng)有關(guān) 。 灰體 ：對(duì)各種波長(zhǎng)輻射均能同樣吸收的理想物體 。 上述規(guī)律稱(chēng)為克希荷夫 （ Kirchhoff） 定律 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 46 輻射傳熱過(guò)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 ????bbbbEAEAQEAQEAQ?????????? 因?yàn)椋? 212121 ?? AA ? 所以： ?????????????????? ??4241021242410121122112)100()100( )100()100(TTCATTCAQ??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 47 輻射傳熱過(guò)程 固體輻射 灰體間的輻射傳熱 ?????????????????? ??4241021242410121122112)1 0 0()1 0 0( )1 0 0()1 0 0(TTCATTCAQss???? 關(guān)于 Φ 12和 ε s， 參見(jiàn)表 44。 例題：遮熱板的作用 。 室內(nèi)有一高為 ， 寬為 1m的鑄鐵爐門(mén) ， 表面溫度為 600℃ ， 室溫為 27℃ ， 試求： （ 1） 爐門(mén)輻射散熱的熱流量 ？ 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 48 輻射傳熱過(guò)程 固體輻射 表 44 （ 2） 若在爐門(mén)前很近的距離平行放置一塊同樣大小的鋁質(zhì)遮熱板 （ 已氧化 ） ， 爐門(mén)與遮熱板的輻射熱流量為多少 ？ 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 49 輻射傳熱過(guò)程 固體輻射 w101 . 2 7 )1 0 02 7 327()1 0 02 7 36 0 0( )1 0 0()1 0 0(444424110112???????? ????????????????TTCAQ ? （ 2） 爐門(mén)和遮熱板相距很近 ， 設(shè)鋁板溫度為 T3， 則： 解：鑄鐵的黑度 ε 1=， 鋁的黑度 ε 3= （ 1） 爐門(mén)為四壁包圍 ， A1/A2≈ 0， 則： 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 50 輻射傳熱過(guò)程 固體輻射 111)100()100873( 111)100()100( 4343143410112???????? ????????????? ??TTTCAQ?? 遮熱板與四周墻壁： ?????? ???????????? ?? 443424330332 )100373()100( )100()100( TTTCAQ ?1332 ? 因?yàn)椋? 所以 ， 解得： T3=733K w1193)( 441332 ??????? 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 51 傳熱過(guò)程計(jì)算 傳熱過(guò)程數(shù)學(xué)描述 傳熱速率方程： T Tw tw t δ 熱流體 冷流體 q 圖 413 微元管段中的熱流密度 211 1 ????tttTTTq w ?????? 式中： T、 t 熱 、 冷流體的主體溫度； Tw、 tw 熱 、 冷流體側(cè)的器壁溫度； α 1 、 α 2 熱 、 冷流體的給熱系數(shù)； σ 器壁的厚度 。 根據(jù)推動(dòng)力和阻力加和原理 ， 得： α1λδα1tTq21????2022年 6月 2日星期四 Process System principle 52 傳熱過(guò)程計(jì)算 傳熱過(guò)程數(shù)學(xué)描述 K稱(chēng)為總的傳熱系數(shù) 。 α1λδα11K 。 t)K(T q 或21????? 傳熱系數(shù)與熱阻： （ 以套管換熱器為例 ） ① 忽略 δ/λ ：當(dāng) α 1α 2 時(shí) ， K=α 2 ； α 1 α 2時(shí) ， K=α 1 。 )( 。 )( 2211tTK qtTK q???? 內(nèi)表面： 外表面： ② 當(dāng)內(nèi) 、 外表面積不同時(shí) ， 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 53 傳熱過(guò)程計(jì)算 傳熱過(guò)程數(shù)學(xué)描述 11 1 212111ddddKm ??????? 若為圓管 ， 內(nèi) 、 外徑為 d d2： 關(guān)于污垢熱阻： （ 若內(nèi) 、 外污垢熱阻為 R R2） 則 11 1 221212???????mddddK )ln ( 1212dddddm?? 式中： 11 12211 ???? ????? RRK2022年 6月 2日星期四 Process System principle 54 傳熱過(guò)程計(jì)算 傳熱過(guò)程數(shù)學(xué)描述 壁溫的計(jì)算： 211 1 ????tttTTTq w ?????? 若 Tw = tw ， 則： 2111 ??????tTTTqww2022年 6月 2日星期四 Process System principle 55 傳熱過(guò)程計(jì)算 傳熱過(guò)程基本方程 換熱器的熱量的衡算： 圖 414 熱量衡算 )( )( 1221 ttcWTTcWQ pccphh ???? 總的熱量衡算： 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 56 傳熱過(guò)程計(jì)算 傳熱過(guò)程基本方程 式中： Wh、 Wc熱 、 冷流體的質(zhì)量流量； Cph、 Cpc熱 、 冷流體的比熱； 傳熱基本方程式： t1 t2 t T T1 T2 (Tt)1 (Tt)2 (Tt) T=t 圖 415 熱量衡算 )( tTKq ?? 已知： 又： dAtTKdtcWdAtTKdTcWpccphh)( )( ???? 上式積分 ， 可得： ? ? ? ?? ?? ?mtKAtTtTtTtTKAQ ????