【正文】 滯流 由于對流傳熱的多樣性，有必要將問題分類加以研究。 3． 4．計算公式：多數(shù)物質(zhì) α ：溫度系數(shù) dxdtAQ???氣液非金屬金屬 ???? ???? ?at?? 10?? t t1 t2 Q x 0 x dx b 單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 設(shè) (1) 材質(zhì)均勻 —— 為常數(shù) (2) 一維定態(tài)導(dǎo)熱 —— 溫度沿 x方向變化 (3) Q與 A均為常量 (4) t1 t2 由傅立葉定律： 分離變量后積分 : dxdtAQ ???? ???ttx dxAQdt1 0?熱阻傳熱推動力?????RtAbttQ?21 多層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 設(shè)（ 1）材質(zhì)均勻， λ 1λ 2λ 3λ 4為常數(shù) （ 2）一維定態(tài)導(dǎo)熱 （ 3） Q與 A均為常量 （ 4） t1 t2 t3 t4 AbttAbttAbttQ334322321121?????????應(yīng)用合比公式 總熱阻總推動力?????????????niini ii RtbAtAbAbAbttQ11332211411????t t1 t2 t3 t4 b1 b2 b3 x Q ? ? ? ? ? ?321433221 :::: RRRtttttt ???? 工業(yè)上經(jīng)常遇到多層平壁導(dǎo)熱的情況 ， 如用耐火磚 、 保溫轉(zhuǎn)和青磚筑成的三層爐壁 。導(dǎo)熱系數(shù)越大，物體的導(dǎo)熱性能越好，即在相同的溫度梯度下傳熱速率越大。即 dxdt dxdtAQ ??dxdtAQ ??? Q—— 傳熱速率，； A—— 導(dǎo)熱面積，； λ—— 導(dǎo)熱系數(shù)； —— 溫度梯度。它是一個經(jīng)驗性定律。 溫度梯度方向是朝著溫度增加的方向，與熱流方向相反。 ? ??, zyxft ? ? ?zyxft ,? ? ?xft ?溫度場 穩(wěn)態(tài)溫度場 非穩(wěn)態(tài)溫度場 物體的溫度分布隨時間變化 物體中各點溫度與時間無關(guān) 溫度梯度 同一等溫面上各點的溫度相同，故沿著等溫面移動，溫度無變化，即無熱量傳遞；若沿著與等溫面相交的任何方向移動，溫度發(fā)生變化，并伴有熱量傳遞。 夾套式換熱器 熱流體 T1 T2 t2 t1 冷流體 套管式換熱器（ 1— 內(nèi)管 2— 外管） 單程列管式換熱器 1 — 外殼 2— 管束 4— 接管 5— 封頭 6— 管板 7— 擋板 雙程列管式換熱器 1— 殼體 2— 管束 3— 擋板 4— 隔板 熱傳導(dǎo) 溫度場 （ 1）溫度場 —— 某一瞬間，空間（或物體）所有各點溫度分布 定常態(tài)溫度場： 一維定常態(tài)溫度場： （ 2）等溫面 —— 同一時刻，溫度場中相同溫度各點所組成的曲 面 。有夾套式熱交換器；蛇形式熱交換器；套管式熱交換器；列管式熱交換器；板式熱交換器。煉焦?fàn)t中煤氣燃燒系統(tǒng)就是采用蓄熱式換熱。 (2) 蓄熱式 —— 先將熱流體的熱量儲存在熱載體上，然后由熱載體將熱量傳遞給冷流體、此即蓄熱式換熱器。 傳熱方式 機 理 先決條件 具體條件 特 點 熱傳導(dǎo) 微觀粒子 的動量交換 ⊿ T0 接觸 物質(zhì)內(nèi)傳熱 無宏觀位移 熱對流 冷熱質(zhì)團 的混合 ⊿ T0 混合 傳導(dǎo) /對流 的聯(lián)合作用 熱輻射 射線的 輻射和吸收 ⊿ T0 不需要 溫度高時 才明顯 (E∝T 4) 三種類型換熱器 (1) 直接混合式 —— 將熱流體與冷流體直接混合的一種傳熱方式。一切物體都能以這種方式傳遞能量，而不借助任何傳遞介質(zhì)。 對流傳熱通常用牛頓冷卻定律來描述，牛頓冷卻公式表明， 單位面積上的對流傳熱速率與溫差成正比關(guān)系 。據(jù)引起對流的原因不同可分為：自然對流和強制對流。 對流傳熱 熱對流是指物體中質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量交換，熱對流是流體所特有的一種傳熱的方式，即存在于氣體或液體中，在固體中不存在這種傳熱方式。 物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞。 第一節(jié)：概述 傳熱的三種基本方式 根據(jù)傳熱的機理不同，熱傳遞有三種基本方式：熱傳導(dǎo)，熱對流和熱輻射。第三章 傳 熱 合比 :a/b=c/d=e/f?? 則 (a+b)/b=(c+d)/d (ab)/b=(cd)/d (a+c)/(b+d)=e/f a+c+??/b+d+??=a/b=c/d=?? 傳熱 過程在化工中的應(yīng)用 傳熱是自然界和工程領(lǐng)域中較為普遍的一種傳遞過程，通常來說有溫度差的存在就有熱的傳遞，也就是說溫差的存在是實現(xiàn)傳熱的前提條件或者說是推動力，在化工中很多過程都直接或間接的與傳熱有關(guān)。但是進行傳熱的目的不外乎是以下三種： 可見，傳熱過程是普遍存在的。 熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱） 一個物體的兩部分連續(xù)存在溫差，熱就要從高溫部分向低溫部分傳遞，直到各個部分的溫度相等為止，這種傳熱方式就稱為熱傳導(dǎo)。 熱傳導(dǎo)現(xiàn)象可以用傅立葉 (Fourier)定律來描述。因為只有流體的質(zhì)點才能發(fā)生相對位移。 熱對流與流體運動狀況有關(guān)，熱對流還伴隨有流體質(zhì)點間的熱傳導(dǎo)，工程上通常將流體與固體之間的熱交換稱為對流傳熱，即包含了熱傳導(dǎo)和熱對流。 熱輻射 熱輻射是一種通過電磁波傳遞能量的過程。通常在高溫下熱輻射才是主要方式。浴室中水池的水，就是將水蒸汽直接通入冷水中，使冷水加熱，此即直接混合式。如圖所示。 (3)間壁式 —— 熱流體通過間壁將熱量傳遞給冷流體，化工中應(yīng)用極為廣泛。如圖所示。溫度不同的等溫面彼此不能相交。而最大的溫度改變是在與等溫面垂直方向上（法線方向）。 一維溫度梯度： gret dxdtt ?t+Δt t tΔt 熱傳導(dǎo)與傅立葉定律 熱傳導(dǎo)遵循傅立葉定律。實踐證明，單位時間內(nèi)的傳熱量 Q與垂直于熱流方向的導(dǎo)熱截面面積 A和溫度梯度 成正比。 dxdt 導(dǎo)熱系數(shù) λ 1．物理意義 —— 表征物質(zhì)的導(dǎo)熱能力，物質(zhì)的熱物性參數(shù)。 2．影響因數(shù) —— 主要有物質(zhì)種類、組成和溫度，并與結(jié)構(gòu)疏松程度有關(guān)。 仿照串聯(lián)電路的歐姆定律 ， 對于三層熱阻的串聯(lián)導(dǎo)熱 ， 穩(wěn)態(tài)下 ， 有 332211RtRtRtQ ??????AbAbAbttRRRtttQ33221141321321??????????????? 圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) t r1 r r2 r dr t1 t2 dt 與平壁相比： 相同處 :定態(tài)熱傳導(dǎo) ， Q為常量 不同處 : 1) 傳熱面為同心圓柱面 ， 隨 r而變 2) 溫度沿 r而變 設(shè)內(nèi)壁半徑為 r1， 溫度為 t1 外壁半徑為 r2， 溫度為 t2 在半徑 r處取 dr薄層 ， 若圓筒長 L則傳熱面積 A=2πrL 由傅立葉方程 drdtrLdrdtAQ ??? 2???? ?? ?????212122ttrrdtQLrdrdtQLrdr????RtrrlttrrttLQ ??????12211221ln21ln2????改寫為類似單層平壁的計算公式： 2 1 1 2 2 1 1 212222 1 2 1112 ( ) ( ) ( ) ( ) ()2( ) l n ( ) l n2ml r r t t A A t tQ A t tr l A br r r rr l A? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ???導(dǎo)熱速率 1221ln2rrttlQq ??? ?? 多層圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo) t r1 r2 r3 r4 t1 t2 t3 t4 x 同理，對第二層，可以得到： ? ?23232ln12rrttLQ?? ??利用數(shù)學(xué)中的合比定律得： ? ? ? ?2321213221ln1ln122rrrrttLttLQ?????????推廣到 n層圓筒的傳熱速率公式為： ? ?????????ni nnnninnrrttLQ1111ln12??注意的是，通過各層園筒壁的傳熱速率 Q[W]是相同 的，但熱通量 Q/A[W/m2] 是不相同的。 對流傳熱的機理 A A 冷流體 熱流體 t T TW tW t AA截面上的溫度分布 層流底層 層流底層 δt 過程分析 （ 1） 層流邊界層 （ 層流內(nèi)層 ） 內(nèi)： 熱傳導(dǎo) ， 熱阻大； （ 2） 過渡區(qū)： 熱傳導(dǎo)與對流傳熱共同起作用； （ 3） 湍流區(qū)： 充滿漩渦 ， 混合很好 ，對流為主 ， 熱阻小 。 牛頓冷卻公式 （對流傳熱速率方程） 因此，將對流傳熱計算改變?yōu)闊醾鲗?dǎo)計算按平壁導(dǎo)熱處理， 由于式中的傳熱邊界層是難以測定的，所以仍無法進行計算。 即為 牛頓冷卻定律的數(shù)學(xué)表達式。 在強制對流傳熱問題中 ， 對于幾何相似的設(shè)備 ， 可將給熱系數(shù)的影響因素表示為 u— 流體速度 ， 反映流體流動狀況影響 ρ ,μ , k, Cp— 流體密度 、 粘度 、 導(dǎo)熱系數(shù)和比熱 ， 反映物性影響 l— 傳熱表面的特征尺寸，反映傳熱面幾何因素的影響。 ( , , , , , )pf l C g t? ? ? ? ??? 影響對流傳熱系數(shù)的因素 主要影響因素 —— （ 1）流體種類及其物性 （ 2）流體流動起因：強制對流 自然對流 （ 3）流體流動狀態(tài)： 可見：湍流 α 過渡流 α 層流 α （ 4）有無相態(tài)變化： 有相態(tài)變化 α 無相態(tài)變化 α （ 5） 傳熱表面形狀，相對位置與尺寸 ??? ?? , beR 對流傳熱過程的量綱分析 列出主要影響因素： 寫成冪函數(shù)形式： 量綱形式： ? ?tgCluf p ?? ????? ,? ?hfp