【正文】 ） ② .幾何特征：尺度 、 形狀 、 方位等 。 ③ .動力學(xué)特征：流動狀態(tài) （ 層流 、 湍流 ） 等 。 傳熱機(jī)理 熱傳導(dǎo)，熱對流，熱輻射。 例 41 熱水瓶保溫 例 42 芯片散熱 增大傳熱面積 提高傳熱系數(shù) 減小接觸熱阻 傅立葉定律 xdTqkdx?? 熱傳導(dǎo) dTdxqx : 導(dǎo)熱通量 [J/m2s] k : 熱導(dǎo)率 [W/mK] : 溫度梯度 [K/m] 負(fù)號表明熱量由高溫傳向低溫。 其規(guī)律符合 牛頓冷卻定律 ： 式中： h 對流傳熱系數(shù) [W/m2K]， 通常由實(shí)驗(yàn)測定。 湍流 層流、強(qiáng)制對流 自然對流、相變 無相變 Q = q A =hA（ TW Tf） 流體相對于固體作宏觀運(yùn)動時，引起微團(tuán)尺度上的熱量傳遞。 熱對流 熱輻射 TqC? ???????40 100ε: 黑度，由實(shí)驗(yàn)測得，其值為 0~1 C0: 黑體輻射系數(shù)，其值為 [W/m2K4] T: 絕對溫度 [K] 防熱輻射套裝 管內(nèi)層流換熱 工業(yè)上常見的圓管加熱方式有兩種： ① . 恒壁溫（夾套蒸氣加熱） TW=常數(shù) ② . 恒熱流（電加熱） qW=常數(shù) 截面平均溫度 Tb 隨 z的變化如下圖： 截面的溫度分布 T 決定換熱效果 在 dz 段上壁面處的導(dǎo)熱速率應(yīng)等于流體和壁面之間的對流換熱速率。 壁面處導(dǎo)熱速率： rRTQ k Rd zr ???? ? ?? 2對流換熱速率： Q=h?2πRdz(TWTb) WbrRTh ( T T ) kr ??? ? ?? 問題探討 圓管層流換熱 細(xì)管好 ,還是粗管好 ? 對圓管層流換熱 恒 TW： Nu= 恒 qW： Nu= WWb rRTThk r T T????????????定義努塞爾數(shù) hDNu k?管殼式換熱器 板式換熱器 間壁式換熱器 工程上： Q = KAΔT 式中： K 稱傳熱系數(shù) 強(qiáng)化傳熱途徑： ①增大 A，②提高 ΔT， ③強(qiáng)化 K。 hcnih h i n c cTTQh A k A h A??????111nih h i n c c1KA h A k A h A?? ? ??111例 43 環(huán)氧樹脂的加熱 靜態(tài)混合器 盤管加熱器 課后思考 水份除去 。生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn) 減壓蒸發(fā)器出口皂基含水率升高。檢查 換熱器，蒸汽溫度不變， 皂基流量和進(jìn)口溫度不變，只是 出口溫度降低。技術(shù)員懷疑是管內(nèi)的傳熱系數(shù)變化所致。你認(rèn)為呢？ 繞流傳熱 傳熱邊界層 類似流動邊界層，以 TTW=99%（ T0TW） 為界線。 問題探討 芯片冷卻速率 熱邊界層厚度 湍流 T Pr?? ? 1 3LLkh R e P rL?1 2 1 30 .6 6 4層流 分子熱量擴(kuò)散分子動量擴(kuò)散??aPr?? ?LL kh Re P rL?? 41530 .0 3 6 5 8 5 3課后思考 。并與流動進(jìn)口段對比。 3. 圖示圓管局部傳熱系數(shù)隨 z變化關(guān)系，討論其規(guī)律。 繞圓柱傳熱 ① ．層流邊界層發(fā)展， δT ↑ ， hθ ↓ ；至約 81176。 處，邊界層分離， hθ ↑ ；原因是旋渦沖刷表面。 ② ．先是層流邊界層發(fā)展 , δT ↑, hθ ↓； 層流 → 湍流， hθ ↑↑,而后湍流邊界層發(fā)展 ,δT ↑, hθ ↓； 至約 130176。 處，湍流邊界層分離，又促使 hθ ↑。 hθ 隨 θ的變化 V kABih??1內(nèi) 部 導(dǎo) 熱 熱 阻外 部 對 流 熱 阻畢奧數(shù) Bi 反應(yīng)器中的球形催化劑顆粒體積 V，表面積 A，初始溫度 T0，通入溫度為Tf 的熱氣流，顆粒溫度將隨時間升高。 簡化：忽略顆粒內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻，集總參數(shù)法。 小球傳熱 （ 1） 傳熱原理 T 時刻通過對流換熱，顆粒的加熱量 Q1=hA（ Tf T） PdTQ= ρ C Vdt2fPdThA T T C Vdt???()ffT T tfTTfPd T T hAdtT T C V?????????0 0()顆粒的熱量變化率 能量守恒 Q1= Q2 PhA tf CVfTTeTT??????0溫度隨時間變化關(guān)系 （ 2） 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn) ① 控制界面 ② 實(shí)驗(yàn)視頻 PhA tf CVfTTeTT??????0ffPTT hAl n tT T C V?????0小球溫度隨時間的變化關(guān)系 數(shù)據(jù)處理 （ 3） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論 自然對流 強(qiáng)制對流 流化床 固定床 單個顆粒 顆粒群 對 Pr=1的流體 ① 對流傳熱系數(shù)與相關(guān)變量的函數(shù)關(guān)系 ? ?h f , , k , d ,U???? ?h f U? 采用控制變量法，只改變 U，其它變量保持常數(shù)，上式為 通過實(shí)驗(yàn)得函數(shù)關(guān)系 需要注意：以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果是針對某一特定的系統(tǒng)，換作其它流體或顆粒就不適用了。 例 43 強(qiáng)制對流傳熱規(guī)律 ② 無量綱數(shù)的函數(shù)關(guān)系 h d Udfk?????????通過實(shí)驗(yàn)得函數(shù)關(guān)系 對氣體（ 20＜ Re ＜ 180000） ? ?N u f R e?N u R e? 0 . 60 . 3 7對 Pr≠1的流體 N u R e P r? 130 . 60 . 3 7問題探討 單個顆粒與顆粒群的傳熱對比 強(qiáng)制對流 固定床 課后思考 對流傳熱系數(shù)的相關(guān)變量有 ? ?N u f R e?? ?h f , , k , d ,U???，用焊接將其與小球連接，試分析對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響。 用量綱分析法導(dǎo)出 第五章 質(zhì)量傳遞 質(zhì)量與熱量傳遞類似 對流傳遞 分子傳遞 對流傳質(zhì) 模型 牛頓冷卻定律 NA=k( CAW CAf ) q =h( TW Tf ) 費(fèi)克分子擴(kuò)散定律 傅立葉導(dǎo)熱定律 xdTqkdx??AA y A BdjDdy???恒 CAW Sh= 恒 TW Nu= 恒 NAW Sh= 恒 qW Nu= 圓管層流 許密特?cái)?shù) ABSc D?? Pr a??cSc?? ? 13TPr?? ? 13Shx=普朗特?cái)?shù) 平板邊界層 cABkDShD?hDNuk?休伍德數(shù) 努塞爾數(shù) 對流傳質(zhì) 對流傳質(zhì) 模型 NA=k( CAW CAf ) 式中： k為 對流傳質(zhì)系數(shù) [m/s]， 通常由實(shí)驗(yàn)測定。 問題探討 擴(kuò)散和對流總是同時發(fā)生？ 例 51 工業(yè)廢氣處理 填料吸收塔 酸霧噴淋塔 ? ? ? ?A A A A Ax i y iN k x x k y y? ? ? ?理論發(fā)展：溶質(zhì)滲透、表面更新、渦旋模型 雙膜論 溶質(zhì)極易溶解于液相，為氣膜控制系統(tǒng)。 溶質(zhì)極難溶解于液相，為液膜控制系統(tǒng)。 例 52 膜分離 海水淡化 問題探討 人工腎 反滲透脫鹽 平壁上層流時無因次濃度分布。 質(zhì)量傳遞的特點(diǎn) uyw≠ 0 問題探討 質(zhì)量、熱量、動量傳遞現(xiàn)象的類似，有何啟迪？ 成功速率 勤奮 懶惰 = ——— 勤奮求實(shí) 勵志明德