【正文】 ?????? ni iiinni miinni inrrttLSbttRttQ1111111111ln1)(2???tz,O r1t2t1r2rL3t4t3r4r1? 2? 3?Q第三節(jié) 對(duì)流傳熱 一 、 傳熱方式和溫度分布 1． 層流 導(dǎo)熱 非線性 層流底層區(qū) 導(dǎo)熱 近似線性 2． 湍流 過渡流區(qū) 導(dǎo)熱與對(duì)流 非線性 湍流主體區(qū) 對(duì)流為主 近似水平線 二 、 牛頓冷卻定律 （ 對(duì)流傳熱系數(shù)的定義 ） ：當(dāng)流體流過固體壁面時(shí) ， 通過流體且與壁面垂直的對(duì)流熱流密度與壁面溫度和流體溫度的差成正比 ， 即 或 式中 qx—— 局部對(duì)流熱流密度 ， W/m2； Q—— 對(duì)流傳熱速率或熱流量 ， W； S—— 與流體接觸的固體傳熱面積 ， m2； ?x—— 局部對(duì)流傳熱系數(shù) ， W/(m2?K)； tw， Tw—— 分別為冷熱流體側(cè)的局部壁溫 ， K， ?C； t， T—— 分別為冷熱流體的有限空間內(nèi)局部截面平均溫度或大空間中流體主流溫度 ， K， ?C。對(duì)流傳熱系數(shù)的一般范圍見表 45。 )(),( ttdSdQqTTdSdQq wxxwxx ?????? ??dSttdQdSTTdQ wxwx )(,)( ???? ??四 、 ?x的物理意義 以管外冷流體湍流流動(dòng)為例 ， 則有效膜很薄 。 (若為層流 ， 則 ， ， ) mdSb ttdQ ???? 21?oewmew dSttdSttdQ ???????? ????owxo dSttdQ )( ?? ?exo ??? ?oomm dSdLr dLrdS ??22? eomxo rr ??? ?Re??2TTwTwtt?t1t2t1T2T 五 、 熱邊界層 1． 形成 當(dāng)流體流過與其溫度不同的壁面時(shí) ， 因其本身受熱或 冷卻 而使壁面附近流體的溫度發(fā)生變化 ， 從而產(chǎn)生溫度梯度 。 主流區(qū)：邊界層以外的區(qū)域。 雖然管道內(nèi)充分發(fā)展后的熱邊界層（溫度分布）不能穩(wěn)定，但局部對(duì)流傳熱系數(shù) ?x可以基本穩(wěn)定。 進(jìn)口段（穩(wěn)定段）：從進(jìn)口處到局部對(duì)流傳熱系數(shù) ?x基本穩(wěn)定的這一段距離。若匯合前已發(fā)展為湍流，則在層流向湍流過渡時(shí)， ?有所回升，然后趨于恒定。 )( ww tttt ??? ?第四節(jié) 傳熱計(jì)算 一、能量衡算（忽略熱損失） 1．基本熱量衡算式 2．無(wú)相變時(shí)熱量衡算式 3．有相變時(shí)熱量衡算式 4．無(wú)相變和有相變共存時(shí)熱量衡算式 二、總傳熱方程：仿牛頓冷卻定律，顯然，在間壁式換熱器中，熱流密度與兩流體的溫差成正比，即 —— 總傳熱微分方程 或 —— 總傳熱微分方程 式中 qx—— 局部熱流密率 ， W/m2； Q—— 傳熱速率或熱流量 ， W； S—— 間壁傳熱面積 ， m2； Kx—— 局部總傳熱系數(shù) ， W/(m2?K)； t、 T—— 分別為冷熱流體的局部流體截面平均溫度或大空間中流體主流溫度 ， K； )()( 1221 ccchhh HHWHHWQ ????dtcWdTcWdQ pccphh ??)()( 1221 ttcWTTcWQ pccphh ????)( 12 ttcWrWQ pcchh ???ccphh rWTTcWQ ??? )( 21cchh rWrWQ ??])([)( 121 cspccphh rttcWTTcWQ ?????)()]([ 122 ttcWTTcrWQ pccsphhh ?????)( tTKdSdQq xx ???dStTKdQ x )( ??三、總傳熱系數(shù) Kx、 K 總傳熱微分方程實(shí)質(zhì)上是總傳熱系數(shù)的定義式。下面推導(dǎo)其計(jì)算公式。 五、平均溫差 1．恒溫傳熱 由總傳熱微分方程 對(duì)上式沿管長(zhǎng)取平均值 ， 得 所以 —— 總傳熱方程 令 —— 平均溫差 則 —— 總傳熱方程 oioiK ?? ?? ??1oioiK ?? ????oi ????oi ????oK ??iK ??)( tTKdSdQq xx ???)(1)(111 0000 tTdlKLdltTKLdldSdQLdlqL L xL xLL x ?????? ????)( tTKSQq ???tTt ???tKtTKSQq ????? )(變溫傳熱 (1) 逆流和并流 以套管式換熱器中的逆流為例 ， 如圖所設(shè) ， 則由 dS中的熱平衡 ， 得 所以 相減 令 —— 局部溫差 且 假定為常數(shù) 。 所以 —— 總傳熱基本方程 顯然，上式對(duì)并流也適用。 若 K隨溫度呈線性變化時(shí)，可用下式計(jì)算 若 K隨溫度不呈線性變化時(shí)，可分段計(jì)算，將每段的 K視為常數(shù)，則 或 若 K隨溫度變化較大時(shí)，應(yīng)采用積分法： 或 1112 tT ttP ???1221 tt TTR ???t???? ?? ?194圖折流t???? ?? ?204圖錯(cuò)流12211221ln tK tKtKtKSQ???????jmjjj tSKQ )(?????? ?? nj j 1?? ??? nj jmj jtK QS 1 )(??? ????? 12 )()(00 TT x phhQ xS tTK dTcWtTK dQdSS??? ????? 21 )()(00 tt x pccQ xS tTK dtcWtTK dQdSS七、 K的來(lái)源 經(jīng)驗(yàn)值：由生產(chǎn)設(shè)備總結(jié)的大概數(shù)據(jù)，表 46。 計(jì)算值：由對(duì)流傳熱 (系數(shù) )關(guān)聯(lián)式計(jì)算的數(shù)據(jù)。 又由 知最大可能傳熱量應(yīng)為 Wcp值較小的流體在最大溫度變化下傳遞的熱量，即 式中 —— 熱容量流率 若 則 若 則 2．傳熱單元數(shù) NTU（ Number of Transfer Units） 由 得 假定為 常數(shù)，則 max??11 tT?)()( 1221 ttcWTTcWQ pccphh ????)()( 11m inm a x tTWcQ p ??pWcphhp cWWc ?m in)(11211121 )( )( tT TTtTcW TTcWphhphhh ???????pccp cWWc ?m in)(11121112 )( )( tT tttTcW ttcWpccpccc ???????dLdntTKdStTKdtcWdTcWdQ xxpccphh ???????? ?)()(tT dtdnK cWtTdTdnK cWdL x pccx phh ?????? ??pcphx ccK ,??? ??????? 21120 ttpccTTphhL tT dtdKn cWtTdTdKn cWdLL ?? 令 —— 傳熱單元長(zhǎng)度， m； —— 傳熱單元數(shù) 所以 當(dāng) 時(shí) ， 即 由 得 所以，傳熱單元長(zhǎng)度是溫度變化 與該段換熱器內(nèi)的平均推動(dòng)力 相等時(shí)的換熱器長(zhǎng)度。 由 得 或 所以 dKncWHdKncWHpcccphhh??????????2112)()(ttcTThtTdtNTUtTdTNTUcchh N T UHN T UHL )()( ????cHL?1)( ?cNTU ? ??21 1tt tTdt? ??ba abfdxxf ))(()( ?? ?????21` 1)( 12tt mtT tttTdt12 tt? mtT )( ?dStTKdtcWdTcWdQ pccphh )( ????phhcWKdStTdT ??pcccWKdStTdt ???? ??? S phhTTh cWKdStTdTNT U 012)(2T1T2t1tO cHmtT )( ? 相減，得 令 并定積分，得 所以 而 所以 解之 —— （ 460） 同理 式中 并流、逆流、折流的 ?NTU關(guān)系分別見圖 42 42 424。 單位質(zhì)量流體所受凈升力為 ),( tgcluf p ?? ????????? ttt wtg??gV gVgVV FFmF gb ??????? ?? ? ??? ??? )( 上式 8個(gè)物理量的單位和量綱分別為 設(shè) 由量綱相等 ， 得 wttdtddtddtmdmdtdVV ????????????????? ??????????? 111)(1 2)( ?? ??? ttw????tgttgg w ?????? ?? ??? ?? )(13322222 di m][ ?? ???????? ????? ??????? MTKs kgKmss mmkgKms mNKms JKm W ??1di m][ ???? LTusmuLlml ??? d im][13di m][ ?? ????? L MTKmW ??11222 di m][ ??????? ??????? MTLmskgms smkgm sNsPa ??MLmkg 33 di m][ ???? ??1