【正文】 ② 增強流體的湍動、擾動程度 流體在管內(nèi)的流速不變 ， 但增加管內(nèi)壁粗糙度或在管內(nèi)增加麻花鐵 、 金屬卷片等添加物 ， 增強管內(nèi)流體的擾動 ， 減小層流底層厚度 ， 從而增大對流給熱系數(shù)； 在管外壁裝翅片或管外即殼程安裝擋板增強管外流體的擾動 ， 增大管外流體的對流給熱系數(shù) 。 增大傳熱推動力 逆流的推動力大于并流 ， 可以將并流換熱器改為逆流換熱器 。從核狀沸騰到膜狀沸騰的轉(zhuǎn)折點稱為臨界點（此后傳熱惡化），對于常壓水在大容器內(nèi)沸騰時臨界點為 ?tc=25?C。 ② 25?C ?t 5?C時，汽化核心數(shù)增大，汽泡長大速度增快，對液體擾動增強，對流傳熱系數(shù)增加，由汽化核心產(chǎn)生的汽泡對傳熱起主導(dǎo)作用，此時為 核狀沸騰 。由于汽泡生成和脫離，對近壁處的液體層產(chǎn)生強烈攪動，降低了熱阻，從而使液體沸騰時的 α比無相變時的α大得多。 根據(jù)沸騰溫度分為： 過冷沸騰 ：液體主體溫度低于相應(yīng)壓力下的飽和溫度 。 c、水平管束外 41032 ???????ntdgr?????錯排的在垂直方向上的管數(shù)小于直排在垂直方向的管子數(shù)，α錯排 α直排 液體沸騰時的對流給熱系數(shù) 對液體加熱時 ， 液體內(nèi)部伴有液相變?yōu)闅庀喈a(chǎn)生汽泡的過程稱為沸騰 。 平均 tAtAQ xx???? ddd ??? ?? ?? HxHxxHxH 00dd1????b、單根水平管外 41o32 ??????????tdgr????a、垂直管外或垂直板側(cè) 4132 ??????????tHgr??? 蒸汽冷凝時的對流給熱系數(shù) ② 實驗結(jié)果 a、垂直管外或垂直板側(cè) 4132 ??????????tHgr???? 使用范圍及條件： 特征尺寸 H取管長或板高； 冷凝液膜為層流 ， Re1800； 冷凝潛熱 r按飽和溫度 ts??； 其余物性按液膜平均溫度 tm=(tw+ts)/2取 。實驗結(jié)果表明 ， 滴狀冷凝 α的比膜狀冷凝的 α大幾倍甚至幾十倍 。 蒸汽冷凝時的對流給熱系數(shù) （ 2） 膜狀冷凝和滴狀冷凝 膜狀冷凝： 冷凝液能夠潤濕壁面并形成一層完整的液膜向下流動 。 設(shè)法減小液膜厚度就是強化冷凝對流傳熱的 有效措施 。 給熱的特征數(shù)普遍關(guān)聯(lián)式為： Nu=f (Gr,Pr)， 在一定范圍內(nèi)可用冪函數(shù)表示 適用范圍及條件： ① 大容積 （ 大空間 ） 的自然對流； ② 定性溫度取膜溫 t膜 =(tw+tm)/2。 Ⅵ 、管外的流速根據(jù)流體流過的最大截面積 S計算。 上式的適用范圍及約束條件： a、 Re=5000~7000和 x1/d =~5， x2/d =~5； b、特征尺寸取管外徑； c、定性溫度 tm=(t1+t2)/2。 ?? ?????? ???R彎管中的給熱系數(shù) 直管中的給熱系數(shù) 管內(nèi)徑 彎管軸的曲率半徑 強制對流時的對流給熱系數(shù) （ 5）非圓形直管內(nèi)作強制對流時的 α ①用上述關(guān)聯(lián)式，但式中的 d要用代替 de ② 采用專用的關(guān)聯(lián)式 如對 套管環(huán)隙 ，用水和空氣等進行實驗，得到關(guān)聯(lián)式為： 潤濕周邊流體流通截面積?? 4ed這種方法簡便，但計算結(jié)果不夠準確。 一般情況下，由于壁溫是未知的，應(yīng)用上式須試差。 被冷卻： t↓， μ↑， u↓, δb↑, α↓， n=。 =f1α， f1 =（ l/d ,Re）。 任何影響流體流動的因素 （ 引起流動的原因 、 流動型態(tài)和有無相變化等 ） 必然對對流傳熱系數(shù)有影響。 因次分析在對流給熱中的應(yīng)用 （ 2） 因次 分析在對流給熱中的應(yīng)用 根據(jù)前面的分析可知 ， 影響對流給熱系數(shù)的因素有 （ 無相變 ） ： （ 1） 流體物性： μ、 ρ、 λ、 cp （ 2） 流動狀態(tài)： u （ 3） 傳熱面特征尺寸： l （ 4） 自然對流： βΔTg （ 視為一個變量 ， 相當(dāng)單位質(zhì)量流體由于溫度不同所產(chǎn)生的浮力 ） 所以對流給熱系數(shù)是以上七個變量的函數(shù)： ? ?Tglucf p ?????? ,? ? ? gfepdcba TguclK ??????令 因次分析在對流給熱中的應(yīng)用 對 SI制基本量綱有七個 ， 在此關(guān)系有涉及到四個量綱 ，包括長度 L、 質(zhì)量 M、 時間 T 、 溫度 Θ；所以關(guān)聯(lián)式中各變量的因次分別為： ? ? 13MT ?? ??? 11 LM ??T?? ? 3ML ???? ? 13M LT ?? ???? ? L?l 122p TL][ ?? ??c? ? 1LT ??u? ? 2TL ??? Tg?（ W? m2 ? ℃ 1 ） （ Pa? s ） （ kg? m3 ） （ W? m1 ? ℃ 1 ） （ m） （ J? kg 1 ? ℃ 1 ） （ m? s 1 ） （ m? s 2 ） 因次分析在對流給熱中的應(yīng)用 把以上因次代入關(guān)聯(lián)式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? gfedcbaK 211221331113 LTLTTLLMLTMLLMTMT ??????????? ???? ? ? ? ? ? ? ? ?ecgedcbafgecafcbaK ????????????????? ??? 2322313 LTMMT根據(jù)因次一致性原則： 1??? cba 3223 ??????? gecaf 023 ??????? gedcbaf 1???? ec解得： ，gfea 2??? ，gfb 2?，ec ?1 13 ??? gfd 因次分析在對流給熱中的應(yīng)用 ? ??????????????????????????? ??????23213122?????????????lTgclulKTguclKepfgfepgfegfgfe??gepflTgcluKl?????????????????????????232????????? ?令： ??lNu ?努塞爾特準數(shù)， l??反映對流與純導(dǎo)熱時傳熱能力的比值； ??duRe雷諾準數(shù) ， 慣性力與粘性力的比值 ， 表征流體流動型態(tài)對對流給熱的影響；強制對流時影響顯著 ， 自然對流時影響微?。? 因次分析在對流給熱中的應(yīng)用 ??pPr c?普朗特準數(shù)，反映流體物性對對流傳熱的影響；液體 Pr1，氣體 Pr1接近 1； 232Gr ? ?? lTg??格拉斯霍夫準數(shù)， 2222??lu自反映自然對流對對流傳熱的影響。 熱平板 圖 a 水平加熱面的對流情況 冷平板 圖 b 水平冷卻面的對流情況 因次分析在對流給熱中的應(yīng)用 （ 1） 獲得給熱系數(shù)的方法 ① 分析法：對描寫某一類給熱問題的偏微分方程及其定解條件進行數(shù)學(xué)求解 ， 獲得特定問題的溫度場 ， 從而獲得給熱系數(shù)和傳熱速率的分析解 。 一般比熱大 、 導(dǎo)熱系數(shù)大 、密度大 、 粘度小對傳熱有利 。 α強制對流 α自然對流 （ 2） 流體流動形態(tài) 流體傳熱熱阻主要集中在層流底層中 。 （ 3） 復(fù)雜折流 （ 多管程 、 多殼程 ） 實際上 ， 工業(yè)換熱器并不一定都是逆流或并流 ， 許多情況下采用折流 、 錯流等復(fù)雜的流動 ， 復(fù)雜流動 的 Δ tm按下式計算 逆mmtt ?? ?? ),( PRf??式中 1221ttTTR???1112tTttP??? 平均溫度差 Δ tm 的計算 討論 ： （ 1） 單管程改為多管程 ， 殼程增加折流擋板 ， 雖然能提高傳熱效果 ， 但同時也增大了流動阻力； （ 2） 對一側(cè)有相變的情況 ， 飽和液體沸騰 P→ 0， R→ ∞；飽和蒸汽冷凝 R→ 0 ；由 ψ~R、 P關(guān)系圖可知 ， ψ=1 ， 其對數(shù)平均推動力均按逆流計算 ， 無需進行溫差校正； （ 3） 一般 ψ1， 當(dāng) ψ ， 由圖可知 P的微小變化 （ t變化引起的 ） 使 ψ急劇變化 （ 特別是下降的情況 ） ， 導(dǎo)致 Δ tm大大降低 ， 造成傳熱操作極不穩(wěn)定 ， 因此設(shè)計換熱器時應(yīng)使之ψ ， 否則經(jīng)濟上不合理 、 操作溫度略有變動 ， ψ↓↓ ， 操作不穩(wěn)定 ； 思考 ：提高 ψ的方法 ？ 平均溫度差 Δ tm 的計算 改用多殼程： 單殼程： R=， P= ， ψ = 多殼程： R=， P= ， ψ = 因此 ， 要增大溫差校正因子 ， 可以增加殼程數(shù) 。 但對熱敏性物料的加熱并流操作可避免出口溫度 t2過高而影響產(chǎn)品質(zhì)量 。 機油在管內(nèi)流動 ， 進口溫度為 245 ℃ ， 出口溫度下降到 175 ℃ ；原油在管外流動 ， 進口溫度為 120℃ ， 出口溫度上升到 160 ℃ 。 b、若 α2α1， K≈ α1， K幾乎完全取決于 α1 。但因各項所占比重不同，要設(shè)法減小對 K值影響較大的項。 總傳熱系數(shù) （ 3） K的大致范圍 在進行換熱器的計算時，要估計冷、熱流體間的總傳熱系數(shù)。 ? ?WW TTAATTQtt????????? ?WttW TTAATTQ ???????? 對流給熱 令 ??? ?t對流給熱系數(shù)， W?m2?℃ 1 ? ?W2 TTAQ ?? ?熱流體側(cè)： ? ?ttA ?W1冷流體側(cè)： 牛頓冷卻定律 但以上方程無法直接應(yīng)用于換熱器，為什么？ 因為換熱器中流體在管長的不同位置溫度不同 ， 兩側(cè)流體的溫度差也不相同；所以必須在流體流動方向上取微元段dl進行分析；在微元段 dl中 ， 傳熱間壁的內(nèi)側(cè)傳熱面積為 dA1 ， 外側(cè)面?zhèn)鳠崦娣e為 dA2；如圖 ， 管內(nèi)為冷流體 ， 管外為熱流體 ， 微元管段上熱流體的對流給熱溫差為 TTW， 冷流體的對流給熱溫差為 tW t， 在間壁上導(dǎo)熱的溫差為 TW tW 。間壁的導(dǎo)熱過程可以用導(dǎo)熱速率方程描述，那么給出對流給熱速率方程是弄清楚間壁兩側(cè)流體傳熱的關(guān)鍵 。 5. 2 熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱 Conduction） 思考 ： 分析保溫瓶的保溫措施有哪些 ？ 討論 ： ① 對平壁一維穩(wěn)定熱傳導(dǎo)在傳熱方向上處處傳熱速率 Q與熱通量 q相等； ② 對圓筒壁一維穩(wěn)定熱傳導(dǎo)在傳熱方向上其傳熱速率 Q處處相等 ， 但由于各處傳熱面積不同 ， 故其熱通量不等； ③ 對平壁求單位面積的傳熱量或熱損失即求熱通量 q；對圓筒壁求單位長度的傳熱量或熱損失 ， 即求 Q/l； ④ 熱導(dǎo)率 λ小 ， 不利于導(dǎo)熱 ， 但有利于保溫； ⑤ 多層材料間應(yīng)緊密接觸 ， 若有空隙則其總的導(dǎo)熱能力下降 ， 因為其間隙充滿氣體 ， 氣體的熱導(dǎo)率小于固體； ⑥ 采用多層保溫措施時 ， 熱導(dǎo)率小的材料置于內(nèi)層有利于保溫； 5. 2 熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱 Conduction） ⑦ 熱損失與保溫層厚度有圖所示的關(guān)系 ， 為什么會有兩種不同的情況 ？ ⑧ 當(dāng)保溫層厚度大于臨界厚度的情況下 ， 是否厚度增加就有利 ？ 0 . 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 50501001502002503004321Q/L(w/m)b ( m )5. 3 間壁兩側(cè)流體的熱量傳遞 間壁兩側(cè)流體熱交換 T2 T1 t1 t2 T t dl 圖 511 套管換熱器示意 用于加熱或冷卻物料的流體稱為 載熱體 ， 其中起加熱作用的叫 加熱劑 ， 起冷卻作用的叫 冷卻劑 。 不計熱損失 ， 求測量的相對誤差 ， 即（ λ’ λ） / λ