【正文】 ： 對流傳熱是流體流動載熱與熱傳導聯(lián)合作用的結果 ， 流體對壁面的熱流密度因流動而增大 。 ℃ ) )Tα (Tqt)α (tqww???? 流體加熱時： 流體冷卻時： 給熱系數(shù) α ： 三種獲得給熱系數(shù) α 的方法： ① 理論分析法 ：對流場建立動量傳遞 、 熱量傳遞衡算方程和速率 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 24 對流傳熱過程 對流傳熱過程數(shù)學描述 方程 ， 聯(lián)立求解流場的溫度分布和壁面熱流密度 ， 然后寫成牛頓冷卻定律的形式 ， 從而獲得 α 的理論計算式 。 ③ 因次分析法 ：對影響給熱過程的因素無因次化 ， 通過實驗決定無因次準數(shù)之間的關系 。 其中： β 膨脹系數(shù) ， ℃ 1 ? ?121 12 ttυυυβ???υ 流體比體積 ， m3/kg ， υ= 1/ρ ； υ 2， υ 1 對應于 t t1的流體比體積 ； 于是： ? ?pcλ ,β g Δ t,μ ,l,ρ ,u,fα ? ② 無因次化： ?????????223pμρβ g Δ tl,λμc,μρ lufλα l2022年 6月 2日星期四 Process System principle 26 對流傳熱過程 對流傳熱過程數(shù)學描述 式中： 努塞爾 （ Nusselt） 準數(shù) Nuλα l ? 于是 ， 描述給熱過程的準數(shù)關系式為 crbrae GPARNu ? 雷諾 （ Reynolds） 準數(shù) Reμρ lu ? 普朗特 （ Prandtl） 準數(shù) Prλμcp ? 格拉斯霍夫 （ Grashof） 準數(shù) Grμ ρβ g Δ tl2 23 ?2022年 6月 2日星期四 Process System principle 27 對流傳熱過程 對流傳熱過程數(shù)學描述 討論：各無因次數(shù)群的物理意義 α * 給熱過程以純導熱方式進行時的給熱系數(shù) 。 Nu準數(shù)： *ααlλαλαlNu ??? Re準數(shù) ：是流體所受的慣性力與粘性力之比 ， 用以表征流體的運動狀態(tài) 。 對于氣體 ， Pr≈ 1， 對于液體 ， Pr＞＞ 1。 關于定性溫度和特征尺寸： ① 定性溫度： 根據(jù)定性溫度 ， 確定物性數(shù)據(jù) 。 2ttt wm??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 29 對流傳熱過程 對流傳熱過程數(shù)學描述 指對給熱過程產生直接影響的幾何尺寸 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 32 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) ② l/d 30～ 40 的短管： 計實 α1 . 0 71 . 0 2α ）～（? ③ Re=2022～ 10000的過渡流 ④ 流體在彎管中流動 α 直管給熱系數(shù) ， w/(m ?????? ?? Rd??2022年 6月 2日星期四 Process System principle 33 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) ⑤ 流體在非圓形管中流動 套管： Re= 104～ 105 ， d2/d1=～ 12e0 . 5 3120 . 3 3p0 . 8edd：d 其中 ddλμCμρ dudλ???????????????????????2022年 6月 2日星期四 Process System principle 34 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 圖 49 列管換熱器 例題： 右圖為列管換熱器 ， 由 38 根φ 25mm 組成 。 外殼中通入水蒸汽進行加熱 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 35 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 解：苯的平均溫度 所以： ? ? ℃ ????? ttt wm 根據(jù)該溫度 ， 查得： ρ= 860 kg/m3 ， Cp= kJ/（ kgs ； λ= (mαα 39。 應用范圍： Re=5 103～ 7 104， x1/d=～ 5 ， x2/d= ～ 5 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 39 對流傳熱過程 無相變的對流給熱系數(shù) 攪拌釜內液體與釜壁的給熱系數(shù)： cwbamANu ???????????PrRe 實驗表明： 大容積自然對流的給熱系數(shù)： cb GrANu Pr?? ?bpCtlgdA，GrANu ???????? ??????????223b Pr 或 表 42 系數(shù) A 和 b 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 40 對流傳熱過程 有相變的對流給熱 蒸汽冷凝給熱： 當飽和蒸汽與低于其溫度的冷壁接觸時 ， 將凝結為液體 ， 釋放出汽化潛熱的給熱過程 。 液體沸騰給熱： 液體與高溫壁面接觸被加熱汽化 ， 并產生氣泡的過程稱為液體沸騰 。 當物體向外界輻射的能量與其從外界吸收的輻射能不相等時 ， 該物體與外界就產生熱量的傳遞 。 在工業(yè)上所遇到的溫度范圍內 ， 有實際意義的熱輻射波長在 ～1000μm 之間 ， 大部分集中于紅外線區(qū)段： ～ 20μm 之間 。 圖 411 輻射能的吸收、 反射和穿透 根據(jù)能量守衡定律 ， 有： dra ??? 式中： Q投射總能量； Qa、 Qr、 Qd吸收 、 反射 、 透射的能量 。 固體 、 液體： d = 0 ， 1??ra1?? da 氣體： r = 0 ， 黑體輻射能力服從斯蒂芬 波爾茲曼 （ StefanBoltzmann） 定律： 當 a = 1 ， 稱該物體為黑體 。K 4） 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 44 輻射傳熱過程 固體輻射 或： 40 100 ??????? TCEb 式中： C0 黑體輻射系數(shù) ， w/（ m2 實際物體的輻射能力和吸收能力： 40 100 , ????????? TCEEEEbb??? 或 式中： ε 實際物體的黑度 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 45 輻射傳熱過程 固體輻射 表 43 灰體的輻射能力和吸收能力： 對于灰體：輻射能力 ε= 吸收能力 a 實際物體的吸收能力與投入輻射的波長有關 。 上述規(guī)律稱為克希荷夫 （ Kirchhoff） 定律 。 例題：遮熱板的作用 。 根據(jù)推動力和阻力加和原理 ， 得： α1λδα1tTq21????2022年 6月 2日星期四 Process System principle 52 傳熱過程計算 傳熱過程數(shù)學描述 K稱為總的傳熱系數(shù) 。 t)K(T q 或21????? 傳熱系數(shù)與熱阻： （ 以套管換熱器為例 ） ① 忽略 δ/λ ：當 α 1α 2 時 ， K=α 2 ； α 1 α 2時 ， K=α 1 。 )( 2211tTK qtTK q???? 內表面： 外表面： ② 當內 、 外表面積不同時 ， 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 53 傳熱過程計算 傳熱過程數(shù)學描述 11 1 212111ddddKm ??????? 若為圓管 ， 內 、 外徑為 d d2： 關于污垢熱阻： （ 若內 、 外污垢熱阻為 R R2） 則 11 1 221212???????mddddK )ln ( 1212dddddm?? 式中： 11 12211 ???? ????? RRK2022年 6月 2日星期四 Process System principle 54 傳熱過程計算 傳熱過程數(shù)學描述 壁溫的計算： 211 1 ????tttTTTq w ?????? 若 Tw = tw ， 則： 2111 ??????tTTTqww2022年 6月 2日星期四 Process System principle 55 傳熱過程計算 傳熱過程基本方程 換熱器的熱量的衡算： 圖 414 熱量衡算 )( )( 1221 ttcWTTcWQ pccphh ???? 總的熱量衡算： 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 56 傳熱過程計算 傳熱過程基本方程 式中： Wh、 Wc熱 、 冷流體的質量流量； Cph、 Cpc熱 、 冷流體的比熱； 傳熱基本方程式： t1 t2 t T T1 T2 (Tt)1 (Tt)2 (Tt) T=t 圖 415 熱量衡算 )( tTKq ?? 已知： 又： dAtTKdtcWdAtTKdTcWpccphh)( )( ???? 上式積分 ， 可得： ? ? ? ?? ?? ?mtKAtTtTtTtTKAQ ????????????????????2121ln2022年 6月 2日星期四 Process System principle 57 傳熱過程計算 傳熱過程基本方程 式中： △ tm對數(shù)平均溫度 。 傳熱過程的推動力： 圖 416 傳熱溫差 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 58 傳熱過程計算 傳熱過程基本方程 例：并流和逆流對數(shù)平均溫差的比較 。 如果要求將冷水加熱到 t2=30℃ ， 試求并流和逆流對數(shù)平均溫差 。 ℃ ） 所以： )1030( 0 0 0 )80( 0 0 02 ???