【正文】 C R w w T w wQ Q Q A t t A t t? ? ?? ? ? ? ? ? ? 式中 ：稱(chēng)為對(duì)流 — 輻射聯(lián)合給熱系數(shù) 。 φ —— 角系數(shù)，表示物體 1發(fā)射能量被物體 2截獲的百分率。 較高溫度的物體 1傳給較低溫度的物體 2的輻射熱量： ????????????????????????42412121 100100TTACQw?C12—— 總輻射系數(shù)，它與兩個(gè)灰體的黑度和相對(duì)位置有關(guān) 。 材料 溫度 [℃ ] ε 紅磚 20 耐火磚 — ~ 鋼板 (氧化的 ) 200~600 鋼板 (拋光的 ) 940~1100 ~ 鋁 (氧化的 ) 200~600 ~ 鋁 (拋光的 ) 225~575 ~ 銅 (氧化的 ) 200~600 ~ 銅 (拋光的 ) — 鑄鐵 (氧化的 ) 200~600 ~ 鑄鐵 (拋光的 ) 330~910 ~ 某些工業(yè)材料的黑度 兩固體間的輻射傳熱 若兩物體的溫度各為 T1和 T2， 且 T1T2， 則物體 1發(fā)射 E1至物體 2時(shí)，其中部分被吸收，其余部分被反射，反射回去的能量又被物體部分吸收和部分反射，如此無(wú)窮往返直至 E1被全吸收為止，從物體 2發(fā)射的輻射能 E2， 也要經(jīng)歷反復(fù)吸收和反射的過(guò)程。 上式為灰體輻射能力的計(jì)算公式，為求灰體的輻射能力，需知灰體的黑度。 克?；舴蚨? 設(shè)有兩塊相距很近平行平板。 黑度： 灰體輻射能力與同溫度下黑體輻射能力之比 ， 以 ε表示： 0EE? ?黑體的輻射能力最大，物體吸收率越大，輻射能力越強(qiáng)。 黑體輻射能力 E0與絕對(duì)溫度 T關(guān)系為： 實(shí)際物體的輻射能力可表示為 ε —— 灰體的輻射系數(shù)即物體的黑度 。 C0黑體輻射系數(shù)， C0= W/(m2高溫下輻射傳熱成為主要的傳熱方式。自然界中也不存在絕對(duì)鏡體，例如表面拋光的銅，其反射率 R=。 固體材料的吸收率和反射率的大小取決于物體的性質(zhì)，溫度和表面狀況。例如對(duì)稱(chēng)雙原子氣體 O N H2等都是透熱體。自然界中并不存在絕對(duì)黑體，黑墨表面， A=~， 定義黑體的目的是為了在計(jì)算中確定一個(gè)比較的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)物體發(fā)射的輻射能投射到另一物體的表面上時(shí)，一部分被物體吸收 (QA),一部分被反射回去 (QR), 一部分透過(guò)物體 (QD), 其中被吸收的這部分可以轉(zhuǎn)化為熱能。 沸騰傳熱過(guò)程的機(jī)理 影響沸騰傳熱的因素： a 流體物性： Cp， 表面張力 b 溫度差：在核心沸騰時(shí) c 操作壓力：影響液體的飽和溫度，使得表面張力下降，氣泡 易生成與脫離壁面 d 加熱面狀態(tài)：粗糙程度，有無(wú)油污 輻射傳熱 一、基本概念 不直接接觸的兩物體可以不依賴其間的任何介質(zhì)而傳遞輻射熱，通常把物體發(fā)射輻射能以及輻射能的傳播稱(chēng)為輻射，如果發(fā)射的輻射能是與物體的溫度有關(guān)的熱能轉(zhuǎn)換，則稱(chēng)為熱輻射。 汽泡的生成依賴于兩個(gè)條件：一是液體必須過(guò)熱；二是加熱壁面上應(yīng)存在有汽化核心 。環(huán)狀液膜受熱蒸發(fā)，逐漸變薄，直至液膜消失，稱(chēng)為蒸干。 圖中示出垂直管內(nèi)液體沸騰過(guò)程中出現(xiàn)的流動(dòng)型態(tài)和傳熱類(lèi)型，液體進(jìn)入管內(nèi)至開(kāi)始產(chǎn)生汽泡的這一段為單相液體的無(wú)相變加熱過(guò)程，液體開(kāi)始產(chǎn)生汽泡時(shí)，液體主體尚未達(dá)到飽和溫度，處于過(guò)冷狀態(tài)，稱(chēng)為過(guò)冷沸騰。 當(dāng)熱流密度增至 qc后， 為進(jìn)一步提高傳熱速率 ， ⊿ t必須增至 ⊿ tE以上 ， 這時(shí)的壁面溫度有可能高于換熱器的金屬材料的熔化溫度 。 膜狀沸騰 ： ⊿ t繼續(xù)增大 ， 汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面上 ， 產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰 ， 此時(shí) ， 由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強(qiáng) ， 給熱系數(shù) α 和熱流密度 q又隨 ⊿ t的增加而升高 。 核狀沸騰區(qū) ：隨著 ⊿ t的增大 ， 在加熱面上產(chǎn)生汽泡數(shù)量增加 ， 汽泡脫離時(shí) ， 促進(jìn)近壁液體的摻混和擾動(dòng) ， 故給熱系數(shù) α 和熱流密度 q都迅速增加 ， 如圖中 BC所示 。 其給熱系數(shù) α 和熱流密度 q比無(wú)相變自然對(duì)流略大 。 下圖表示水在一個(gè)大氣壓力下沸騰傳熱熱流密度 q與壁面過(guò)熱度 ⊿ t的變化關(guān)系 ， 稱(chēng)為沸騰曲線 。 強(qiáng)制對(duì)流沸騰是指液體在管內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中受熱 而 沸騰的現(xiàn)象，此時(shí)，汽泡不能自由升浮，而是受迫隨液體一起流動(dòng)，形成汽 — 液兩相流動(dòng)，沿途吸熱，直至全部汽化。 （ 4） 影響冷凝傳熱的其它因素 液體的沸騰傳熱 工業(yè)上經(jīng)常需要將液體加熱使之沸騰蒸發(fā)，如：在鍋爐中把水加熱成水蒸汽；在蒸發(fā)器中將溶劑汽化以濃縮溶液，都是屬于沸騰傳熱。 不凝性氣體將會(huì)在液膜外側(cè)聚積而形成一層氣膜 ， 冷凝器操作中及時(shí)排除不凝性氣體至關(guān)重要 。 不凝性氣體 蒸汽中含有不凝性氣體時(shí) ， 即使含量極微 ， 也會(huì)對(duì)冷凝傳熱產(chǎn)生十分有害的影響 。 （ 3） 膜狀冷凝的傳熱系數(shù) 蒸汽在垂直管外或垂直板側(cè)的冷凝 當(dāng) Re＜ 1800時(shí)，膜內(nèi)為滯流 若 Re＞ 1500時(shí)，膜層為湍流 垂直管外和板側(cè)膜層雷諾數(shù)的表達(dá)式 W— 凝液質(zhì)量流量 ， kg/s； b— 浸潤(rùn)周邊長(zhǎng)度 ， m； M— 冷凝負(fù)荷 ， M=W/b； A— 膜層流通截面積 ， m2； de— 液膜當(dāng)量直徑 ， m。 定性溫度： r取 ts下的值 ， 其余物性取液膜平均溫度下的值 。 對(duì)紫銅管進(jìn)行表面改性處理 ， 能在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)的滴狀冷凝 ， 但在工業(yè)換熱器上應(yīng)用 ， 尚待時(shí)日 。蒸汽在飽和溫度下冷凝成同溫度的冷凝水時(shí)，放出冷凝潛熱，供冷流體加熱。 流體有相變化時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 蒸汽泠凝的對(duì)流傳熱 蒸汽是工業(yè)上最常用的熱源，在鍋爐內(nèi)利用煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量將水加熱汽化，使之產(chǎn)生蒸汽。 2 滴狀冷凝： 凝液不能完全潤(rùn)濕壁面，在壁面上形成一個(gè)個(gè)小液滴，且不斷成長(zhǎng)變大，在非水平壁面上受重力作用而沿壁滾下，在下滾過(guò)程中，一方面會(huì)合相遇液滴，合并成更大的液滴，一方面掃清沿途所有的液滴，使壁重新暴露在蒸汽中。 換熱器內(nèi)裝有圓缺型擋板時(shí)，殼程給熱系數(shù)： (1)Re=3~12 104時(shí) (2)Re=2 103~1 106時(shí) 0. 140. 6 1 R e P rwNu ????? ???? 4 5 1 R e P rwNu ????? ????2 流體在換熱器殼程的傳熱 ? ? nN u C G r Pr??C 自然對(duì)流傳熱系數(shù) 所謂大容積自然對(duì)流，如：無(wú)攪拌時(shí)釜內(nèi)液體的加熱；傳熱設(shè)備外表面與周?chē)h(huán)境大氣之間的對(duì)流傳熱 （ 1） 蒸汽冷凝的方式 1 膜狀冷凝：冷凝液體能潤(rùn)濕壁面 ， 它就在壁面上鋪展成膜 ， 膜狀冷凝時(shí)蒸汽放出的潛熱必須穿過(guò)液膜才能傳遞到壁面上去 ， 此時(shí)液膜層就形成壁面與蒸汽間傳熱的主要熱阻 。裝有折流擋板，先是橫掠管束，在繞過(guò)折流擋板時(shí)，則變?yōu)轫樦茏拥姆较蛄鲃?dòng)。 ~,~,70000~5000Re 21 ??? dsdsB 流體在管外作強(qiáng)制對(duì)流 1 流體在管束外橫掠流動(dòng) 錯(cuò)列 直列 各排的給熱系數(shù)不同 ， 應(yīng)按下式求其平均值 。 影響管束傳熱的因素除 Re, Pr數(shù)外，還有管子排列方式，管間距和管排數(shù)，給熱系數(shù) nCNu ??應(yīng)用范圍： 特征尺寸：管外徑 ， 流速取每排管子中最狹窄通道處的流速 。 4 流體在圓形管內(nèi)強(qiáng)制滯流 5 流體在圓形管內(nèi) 過(guò)渡流 在 Re=2300~10000的過(guò)渡區(qū) ， 作為粗略計(jì)算 ， 可按湍流傳熱的公式計(jì)算 h值 ， 然后乘以修正系數(shù) f： 5Re1061 ???f 換熱器殼程都是橫掠管束流動(dòng) ， 換熱管排列分為直列和錯(cuò)列兩種 ，流體沖刷直列和錯(cuò)列管束的情景是不同的 。 1 0. 1411wdN u Re Prl????????????? ??定性溫度： μ w取壁溫 ， 其余取進(jìn) 、 出口溫度的算術(shù)平均值 。 2 流體在彎管作強(qiáng)制對(duì)流 特征尺寸應(yīng)用當(dāng)量直徑 de。 特征尺寸：取為管內(nèi)徑 d。 液體被加熱 ≈ ， 液體被冷卻 ≈ 。 ? 對(duì)于液體 由于 Pr＞ 1， 所以 ＞ ， 即液體被加熱的給熱系數(shù)大于被冷卻的給熱系數(shù)。 ? 對(duì)于氣體 由于 Pr＜ 1， 即 ＜ ， 氣體被加熱的給熱系數(shù)小于被冷卻給熱系數(shù)。 特征尺寸：取為管內(nèi)徑 d1。 入口效應(yīng) 對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式 0. 23 nNu R e P r?式中 n值與熱流方向有關(guān) ， 當(dāng)流體被加熱時(shí) ， n=， 當(dāng)流體被冷卻時(shí) ， n=。 特征尺寸 傳熱面的幾何因素有時(shí)是很復(fù)雜的，一般選取對(duì)傳熱起決定作 用的幾何因素作為特征尺寸； 管內(nèi)流動(dòng)取管內(nèi)徑作為特征尺寸；管外的流動(dòng)取管外徑作為特征尺寸，等等。 應(yīng)用范圍 只能在實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)應(yīng)用 ， 外推是不可靠的 。 借助實(shí)驗(yàn)研究方法求取以上各類(lèi)別中的具體準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。 ( , , , , , )pf u l C? ? ? ??在自然對(duì)流傳熱中 ， 流體流動(dòng)是由浮升力引起的 ， 故將 u代以浮升力從而得到自然對(duì)流傳熱中給熱系數(shù)的影響因素表示式 β g⊿t 表示流體由于溫差 ⊿ t而產(chǎn)生的浮升力 ， β 稱(chēng)為流體的膨脹系數(shù)。就是：固體對(duì)流體的給熱傳熱速率 Q， 與壁面積 A成正比，與壁面和流體間的溫度差 Δ t成正比。則： Q A t A t? ??? ? ? ?)( ??? ?令α——比例系數(shù)（亦稱(chēng)給熱系數(shù)） ，對(duì)流給熱強(qiáng)度的標(biāo)志 。 熱邊界層概念 假設(shè)（ 1）在壁面附近存在一傳熱邊界層（又稱(chēng)有效膜 δ ），熱量傳遞以傳導(dǎo)傳熱方式進(jìn)行，在該區(qū)內(nèi)集中著全部熱阻，即全部溫差； （ 2）在傳熱邊界層外，混合很好，溫度梯度已消失。 對(duì)流傳熱 一、對(duì)流傳熱過(guò)程分析 二、牛頓冷卻定律 三、對(duì)流傳熱系數(shù)及其影響因素 四、對(duì)流傳熱系數(shù)的因次分析 冷凝傳熱 有相變傳熱 沸騰傳熱 對(duì)流傳熱 自然對(duì)流 無(wú)相變傳熱 管外對(duì)流 強(qiáng)制對(duì)流 非圓管道 管內(nèi)對(duì)流 彎管 湍流 圓形直管 過(guò)渡流