【正文】 t1=500 ℃ , t4=80 ℃ t3 r1 r3 t1 r4 t4 t2 r2 mwLQ/ln1ln1ln451)80500(??????? 求保溫層界面溫度 t3 23212131ln1ln1)(2rrrrttLQ??????10 2 6 451)5 0 0( 9 1 3????? t解得 : t3=℃ 對(duì)流傳熱： 是在流體流動(dòng)進(jìn)程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象 ，它是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行熱量傳遞的 ， 與流體的流動(dòng)情況密切相關(guān) 。 第三節(jié) 對(duì)流傳熱 一、對(duì)流傳熱的基本概念 傳熱過(guò)程 ?高溫流體 ?湍流主體 ?層流底層 ?壁面兩側(cè) ?層流底層 ?湍流主體 ?低溫流體 ?湍流主體 ?對(duì)流傳熱 ?溫度分布均勻 ?層流底層 ?導(dǎo)熱 ?溫度梯度大 ?壁面 ?導(dǎo)熱 (導(dǎo)熱系數(shù)較流體大 ) ?有溫度梯度 不同區(qū)域的 傳熱特性： 傳熱邊界層 （ thermal boundary layer） ： 溫度邊界層。 傳熱的熱阻即主要幾種在此層中 。K （或 W/m2 上式稱為 牛頓冷卻定律 簡(jiǎn)化處理：認(rèn)為流體的全部溫度差集中在厚度為 δ t的有效膜內(nèi) ， 并將對(duì)流傳熱看成是通過(guò)δ t的熱傳導(dǎo) ， 熱流體對(duì)熱壁面的傳熱速率為： 二、對(duì)流傳熱速率 通常有效膜的厚度 δ t難以測(cè)定，所以用 α 代替 λ /δ t 而用下式描述對(duì)流傳熱的基本關(guān)系： twTTSQ????Q= αS（ TTw） （熱阻）（推動(dòng)力）RtStSTTQ w ???????? 111 流體的狀態(tài)： 液體、氣體、蒸汽及在傳熱過(guò)程中是否有相變。 三、 影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素 ),( tgcluf p ?? ?????gkpa tlgcluCl )()()(223????????? ??gka GrCNu PrRe?? 無(wú)相變時(shí) ， 影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示： 八個(gè)物理量涉及四個(gè)基本因次：質(zhì)量 M， 長(zhǎng)度 M， 長(zhǎng)度 L，時(shí)間 T， 溫度 θ。 在應(yīng)用關(guān)聯(lián)式時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 應(yīng)用范圍 ： 各準(zhǔn)數(shù)都有一定的實(shí)驗(yàn)條件和范圍 。 通常是選取對(duì)流體流動(dòng)和傳熱發(fā)生主要影響的尺寸作為特征尺寸 。 確定準(zhǔn)數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為定性溫度 。 準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)無(wú)因次數(shù)群 ， 其中涉及到的物理量必須用統(tǒng)一的單位制度 。 應(yīng)用范圍 ： Re10000， Pr120，管長(zhǎng)與管徑比 L/di≥60。 特性尺寸 ： 取管內(nèi)徑 。 第四節(jié) 對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式 一、流體無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式 1 流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 低粘度流體 Nu=（ μ/μw） 應(yīng)用范圍： Re10000， Pr16700， L/di≥60。 定性溫度： 除 μw取壁溫外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算 術(shù)平均值。 高粘度流體 當(dāng)壁溫未知時(shí)， （ μ/μw） 可取下列數(shù)據(jù)： 液體被加熱：?。?μ/μw） =。 試求管壁對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù) 。 定性溫度 t=（ 150+250） /2=200℃ 查 200℃ 時(shí)空氣的物性數(shù)據(jù)，各參數(shù)如下： Cp= 103J/kg. ℃ λ=℃ μ= 特性尺寸 d= = l/d=4/=60 Re=duρ/μ=( 15 )/( 105) = 104 104 (湍流 ) Pr=Cpμ/λ=( 103 105)/= ???? Nud??（ W/m2 當(dāng) 自然對(duì)流的影響比較小 且可被忽略時(shí) ， 按下式計(jì)算： Nu=（ di/L） 1/3（ μ/μw） 應(yīng)用范圍： Re2300， Pr6700，（ Re di/L） 100。 定性溫度：除 μw取壁溫外，均取流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。 對(duì)水平管 ， 按下式計(jì)算： 應(yīng)用范圍： Re2300； l/d50； 當(dāng)管子較短， l/d50時(shí)，計(jì)算所得的 α應(yīng)乘校正系數(shù) f。 定性溫度：取壁溫 tw與流體進(jìn)、出口平均溫度的平均值 tm，即 膜溫。 如強(qiáng)制對(duì)流方向和自然對(duì)流 方向相同 時(shí) ， α值按上式計(jì)算結(jié)果 減少 15%， 方向 相反 時(shí) ， 加大 15%。 5Re1061 ???? 流體在圓形直管內(nèi)作過(guò)渡流 )( Rd i??? ?? 流體在彎管內(nèi)流動(dòng)時(shí) ， 由于受離心力的作用 ， 增大了流體的湍動(dòng)程度 ， 使對(duì)流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)大 。 式中 α?—— 彎管中的對(duì)流傳熱系數(shù)， w/（ m2?℃ ） α —— 直管中的對(duì)流傳熱系數(shù)， w/（ m2?℃ ） R —— 彎管軸的彎曲半徑 ， m 流體在彎管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流 例：一套管換熱器 ， 套管為 θ89 鋼管 ， 內(nèi)管為θ25 ， 長(zhǎng)度為 2m。 冷卻水流速為 ， 試求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù) 。 ℃ λ=s/m2 ρ=997kg/m3 特性尺寸 : d= = l/d=2/=10060 Re=duρ/μ=( 997)/( 105） =8836 Re在 2300~10000之間 ， 為過(guò)渡流區(qū) a可按式 Nu= 進(jìn)行 計(jì)算，水被加熱， k=。 當(dāng)量直徑按下式計(jì)算 潤(rùn)濕周邊流體流動(dòng)截面積?? 4ed傳熱周邊流體流動(dòng)截面積?? 4ed或 流體在非圓形管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流 注： 傳熱計(jì)算中 ， 究竟采用哪個(gè)當(dāng)量直徑 ， 由具體的關(guān)聯(lián)式?jīng)Q定 。 對(duì)常用的非圓管道 ， 可直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得計(jì)算 α的關(guān)聯(lián)式 。 定性溫度： 流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。 在錯(cuò)列管束外流過(guò)時(shí) Nu= 在直列管束外流過(guò)時(shí) Nu= 應(yīng)用范圍 ： Re3000 定性溫度 ：流體進(jìn)、出口溫度的平均值。 管排數(shù)為 10， 若不為 10時(shí) ， 計(jì)算結(jié)果應(yīng)校正 。 定性溫度 : 除 μw取壁溫外，均為流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。 應(yīng)用范圍 : Re=2 103~1 105 特性尺寸 : 取當(dāng)量直徑，管子排列不同，計(jì)算公式也不同。 加熱表面形狀 特征尺寸 GrPr 范圍 c n 水平圓管 外徑 d0 104~109 1/4 109~1012 1/3 垂直管或板 高度 L 104~109 1/4 109~1012 1/3 Nu=c（ GrPr） n 定性溫度 : 取膜的平均溫度，即壁面溫度和流體平均溫度的算 術(shù)平均值 。 膜狀冷凝 ： 由于冷凝液能潤(rùn)濕壁面 ， 因而能形成一層完整的膜 。 二、流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 1 蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 若冷凝液膜在重力的作用下向下流動(dòng)，則形成的液膜愈向下愈厚，故壁愈高或水平放置的管徑愈大，整個(gè)對(duì)流傳熱系數(shù)也愈小。 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中 ， 多為膜狀冷凝過(guò)程 。 滴狀冷凝時(shí)，冷凝液在壁面上不能形成完整的液膜將蒸汽分開(kāi)，大部分冷壁面直接暴露在蒸汽中，可供蒸汽冷凝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滴狀冷凝的傳熱系數(shù)比膜狀冷凝的傳熱系數(shù)大 5～ 10倍。 4132)( tdn gr ?? ? ??? 在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝： 水平管壁上作膜狀冷凝 式中 l—— 垂直板或管的高度 ρ、 λ、 μ—— 冷凝液的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度 r—— 飽和蒸汽的冷凝潛熱 Δt—— 蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差 d—— 管子外徑 n—— 管束在垂直面上的列數(shù) 膜狀冷凝時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù) 4132131 )tlgr(.????? ?冷凝液膜流動(dòng)為層流（ Re＜ 1800）時(shí)： 冷凝液膜流動(dòng)為湍流（ Re＞ 1800）時(shí)： 40312320 0 7 70 ./Reg. ????????????? 影響冷凝傳熱的因素 ① 蒸汽的流向和流速 ： 蒸汽和液膜同向流動(dòng)， 液膜厚度 ↓， δ↓， α↑ 若逆向流動(dòng)，液膜厚度 ↑， δ↑， α↓ 蒸汽的流速較大， 液 膜 吹 跑 δ↓↓， α ↑↑ ② 冷凝液膜兩側(cè)的溫度差 Δt： 當(dāng)液膜呈滯流流動(dòng)時(shí)，若 Δt加大，則蒸氣冷凝速率增加，因而液膜層厚度增厚， α↓ ③ 蒸汽中不凝氣體含量的影響 ： 若蒸汽中含有不凝氣體，壁面為氣體（導(dǎo)熱系數(shù)很?。┧采w，增加了一層附加熱阻，使 α急劇下降，可達(dá) 60%。管束改為錯(cuò)列， 或加除液擋板， α↑。 管外開(kāi)槽， α↑。該過(guò)程既有 導(dǎo)熱 過(guò)程又有 對(duì)流傳熱 過(guò)程。 大容積沸騰 :將加熱壁面浸沒(méi)在液體中 ， 液體在壁面受熱沸騰 （ 池式沸騰 ） 。 管 內(nèi) 沸 騰 :液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰。這種沸騰的機(jī)理更為復(fù)雜。 AB段 ： 表面汽化 :溫度差△ t 較小時(shí)，在加熱表面的液體 內(nèi)產(chǎn)生 自然對(duì)流 ，僅在液體 表面發(fā)生蒸發(fā)，沒(méi)有氣泡逸 出，沸騰傳熱系數(shù) α和熱通 量 q都較低。 α 溫度差 Δt q A B C D α線 q 線 自然對(duì)流 核狀沸騰 膜狀沸騰 E CD段 ： 不穩(wěn)定膜狀沸騰或 部分核狀沸騰： 當(dāng) △ t增大到某一定數(shù)值時(shí)，加熱面上產(chǎn)生的汽泡大大增多，此時(shí)汽泡產(chǎn)生的速率大于脫離表面的速率。隨著 △ t的增大，汽泡趨于穩(wěn)定，因氣體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于液體的，所以傳熱系數(shù)反而下降。一般將 CDE段稱為膜狀沸騰 。臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的熱流密度和溫差稱為臨界熱負(fù)荷 qc 和臨界溫度△ tc 。 影響沸騰傳熱的因素 ① 溫度差 △ t ： △ t是控制沸騰給熱過(guò)程的重要參數(shù)，控制 △ t 不大于 △ tc ， 使操作處于核狀沸騰。 ② 操作壓強(qiáng)： 提高沸騰壓強(qiáng)相當(dāng)于提高液體的 t s ↑ ，使液體的表面張力 ζ和粘度 μ均下降，有利于汽泡的生成和脫離，能強(qiáng)化沸 騰傳熱。 ③ 液體性質(zhì)的影響 液體的 ρ， μ， λ 和表面張力 σ ，汽化潛熱 r等均對(duì)沸騰 傳熱有重要影響。 表面粗糙度 ε↑， σ↓，氣泡核心數(shù) ↑ α↑ 表面油污 ↑， σ↑ ? α↓ 沸騰傳熱系數(shù)的計(jì)算 由于沸騰傳熱過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算式均為經(jīng)驗(yàn)式，如： 莫斯金斯基經(jīng)驗(yàn)式： 3321 6 31 .TZ. ?? ?c....cp/pR????? ? 3331021170328 1048110241 ）（R為對(duì)比壓強(qiáng)； p為操作壓強(qiáng)； pc為臨界壓強(qiáng) 對(duì)流傳熱計(jì)算公式有兩種類型：準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式和純經(jīng)驗(yàn)公式 。 選定響應(yīng)的對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算式 ， 特別應(yīng)注意的是所選用的公式的使用條件 。 計(jì)算公式中的各物性數(shù)據(jù)的單位 。 傳熱計(jì)算主要有兩種類型： ? 設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)生產(chǎn)要求的熱負(fù)荷確定換熱器的傳熱面積 。 第五節(jié) 穩(wěn)定傳熱的計(jì)算 對(duì)換熱器作能量恒算 ， 在 忽略熱損失 的情況下 ， 單位時(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量： 換熱器的熱量恒算式 式中 Q—— 換熱器的熱負(fù)荷， w W—— 流體的質(zhì)量流量， kg/s H—— 單位質(zhì)量流體的焓， J/kg 下標(biāo) c、 h分別表示冷流體和熱流體 ， 下標(biāo) 1和 2表示換熱器的進(jìn)