【正文】 edcba tgCluK )(, ?? ????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? hfedcba LTTLMLMLTTMLLLTKMT 212231311113 ??????????? ? ???應(yīng)用量綱一致性原理 對(duì)于質(zhì)量 M： 1=c+d+e 對(duì)于長(zhǎng)度 L： 0=a+bc+d3e+2f+h 對(duì)于時(shí)間 T： 3=ac3d2f2h 對(duì)于溫度 θ ： 1=df 令 a,f,h為已知，解得： d=1f c=a+f2h e=a+2g b=a+3g1 代入得： ? ??????????????? ???????????????????? ???????ltlgCluKtgClKuhfpahfphafhfahaa?????????????22321213寫(xiě)成準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 : 努賽爾準(zhǔn)數(shù)，表示給熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù) : 雷諾準(zhǔn)數(shù)，表示流動(dòng)狀態(tài)對(duì)對(duì)流傳熱的影響 : 普朗特準(zhǔn)數(shù)，表示流體物性對(duì)對(duì)流傳熱的影響 : 格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)，表示自然對(duì)流對(duì)對(duì)流傳熱的影響 : 應(yīng)用公式注意事項(xiàng)：準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式僅是一種經(jīng)驗(yàn)式，不能超出各系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的范圍 。 hrfraeu GPKRN ???lNu ? ??luRe ? ??pr CP ? 223??? tlgGr?? 在學(xué)習(xí)為數(shù)繁多的關(guān)聯(lián)式時(shí)，應(yīng)注意以下三個(gè)方面的問(wèn)題。 定性溫度 取流體進(jìn) ， 出口溫度的算術(shù)平均值作為定性溫度； 高粘度流體用壁溫作粘度定性溫度；冷凝傳熱取凝液主體溫度和壁溫的算術(shù)平均值作為定性溫度 。 管內(nèi)對(duì)流傳熱還與流體的入口效應(yīng)有關(guān)，在流動(dòng)邊界層與傳熱邊界層尚未充分發(fā)展的所謂“進(jìn)口段”，給熱系數(shù)還要受到速度分布和溫度分布的影響，進(jìn)口段的給熱系數(shù)高于充分發(fā)展后的給熱系數(shù)值。 應(yīng)用范圍： Re＞ 10000； ＜ Pr＜ 120； 定性溫度：取流體進(jìn) 、 出口溫度的算術(shù)平均值 。 1 60l d ?流體無(wú)相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 1 流體在管內(nèi)作強(qiáng)制對(duì)流 圓形直管強(qiáng)制湍流的給熱系數(shù) 流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)，對(duì)于低粘度流體，則有 A 管內(nèi)流動(dòng) 2/）（ 出進(jìn)定 ttt ?? n取不同的數(shù)值，這是為了反映熱流方向?qū)o熱系數(shù)的影響。這是由于氣體粘度隨溫度升高而增大，氣體被加熱時(shí)的邊界層較厚的緣故。這是因?yàn)椋寒?dāng)液體被加熱時(shí)，管壁處滯流底層的溫度高于液體主體的平均溫度，由于液體粘度隨溫度升高而降低，故貼壁處液體粘度較小，使滯流底層的實(shí)際厚度比用液體主體溫度計(jì)算的厚度要薄，給熱系數(shù)較大。 0. 140. 8 0. wN u Re Pr ?????????1 60l d ?????????w??????????w??圓形直管內(nèi)高粘度液體無(wú)相變傳熱，給熱系數(shù) 應(yīng)用范圍： Re＞ 10000； ＜ Pr＜ 16700； 定性溫度： μ w取壁溫作定性溫度，其余各物性取液體平均溫度作定性溫度。 對(duì)于 l/d60的短管，管入口效應(yīng)校正系數(shù) 1 1 ????????ld? 流體流過(guò)彎曲管道或螺旋管時(shí)，會(huì)引起二次環(huán)流而強(qiáng)化傳熱，給熱系數(shù)應(yīng)乘以一個(gè)大于 1的修正系數(shù)： 3 流體在非圓形管中流動(dòng) RdfR ??d為管內(nèi)徑， R為彎管曲率半徑。 潤(rùn)濕周邊流體流動(dòng)截面面積?? 4ed 應(yīng)用范圍： Re＜ 2300； Pr＞ 。 特征尺寸：管內(nèi)徑 d1。 錯(cuò)列時(shí)流體在管間交替收縮和擴(kuò)張的彎曲通道中流動(dòng) ， 比直列時(shí)在管間走廊通道的流動(dòng)擾動(dòng)更為強(qiáng)烈 ， 故錯(cuò)列比直列傳熱要快 ， 但錯(cuò)列的流動(dòng)阻力較大 ， 清洗不如直列容易 。 定性溫度：流體進(jìn) 、 出口溫度的算術(shù)平均值 。 ??????????iiim AAaAAAAaAaAaa??321332211列管式換熱器，各排的管數(shù)不同。由于流速和流向的不斷變化， Re＞ 100即達(dá)到湍流。 若凝液籍重力沿壁下流 ， 則液膜越往下越厚 ， 給熱系數(shù)隨之越小 。沒(méi)有完整液膜的阻礙，熱阻很小，給熱系數(shù)約為膜狀冷凝的 5~10倍甚至更高。蒸汽具有一定的壓力，飽和蒸汽的壓力和溫度具有一定的關(guān)系。 實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝的方法：一是在壁面上涂一層油類(lèi)物質(zhì) ， 二是在蒸汽中混入油類(lèi)或脂類(lèi)物質(zhì) 。 （ 2）蒸汽在水平管外冷凝 可采用下式計(jì)算： 4103232??????????tudnrga?? r — 蒸汽比氣化熱 λ— 冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù) n — 水平管束在直列上的管子數(shù) 定性溫度取膜溫 1423 gra lt?????? ?????13230. 4 Rgh ?????? ????特征尺寸： l取垂直管或板的高度 。 k、 ρ 、 μ — 冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù) ， 密度和粘度； r— 冷凝潛熱； ⊿ t— 蒸汽飽和溫度 ts與壁面 tw之差 。 ???? MAWbAud e 44)(Re ????冷凝系統(tǒng)的 Re數(shù)表達(dá)式： 蒸汽流速和流向 蒸汽流動(dòng)會(huì)在汽 — 液界面上產(chǎn)生摩擦阻力 ， 若蒸汽與液膜流向相同 ， 則會(huì)加速液膜的流動(dòng) ， 使液膜減薄 ， 傳熱加快 。 例如水蒸汽中含有 1%的空氣能使給熱系數(shù)下降 60%。 過(guò)熱蒸汽 溫度高于其飽和溫度的蒸汽稱(chēng)為過(guò)熱蒸汽 ， 實(shí)驗(yàn)表明 ，在大氣壓力下 ， 過(guò)熱 30℃ 的蒸汽較飽和蒸汽的給熱系數(shù)高 1%， 而過(guò)熱 540℃ 的蒸汽的給熱系數(shù)高 30%， 所以在一定情況下不考慮過(guò)熱的影響 ， 仍按飽和蒸汽進(jìn)行計(jì)算 。 大容積沸騰是指加熱面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象，此時(shí)，液體的運(yùn)動(dòng)是由自然對(duì)流和汽泡的擾動(dòng)所引起的。 液體的沸騰曲線 液體主體達(dá)到飽和溫度 ts， 加熱壁面的溫度 tw， 隨壁面過(guò)熱度⊿ t=twts的增加 ， 沸騰傳熱表現(xiàn)出不同的傳熱規(guī)律 。 α 自然對(duì)流 核狀沸騰 膜狀沸騰 A B C D Δt/K 常壓下水沸騰時(shí) α 與 Δt 的關(guān)系 自然對(duì)流沸騰區(qū) ：過(guò)熱度 ⊿ t較小 ， 加熱壁面處的液體輕微過(guò)熱 ， 產(chǎn)生的汽泡在升浮過(guò)程往往尚未達(dá)到自由液面就放熱終結(jié)而消失 。 如圖中 AB段所示 。 過(guò)渡沸騰區(qū) ：當(dāng) ⊿ t增大至過(guò) C點(diǎn)后 ， 加熱面上產(chǎn)生的汽泡數(shù)大大增加 ， 且汽泡的生成速率大于脫離速率 ， 汽泡脫離壁面前連接成汽膜， 由于熱阻增加 ， 給熱系數(shù) α 與熱流密度 q均下降 ， 如圖中 CD所示 。 燒毀點(diǎn) ：由圖可知 ， 點(diǎn) C和 E的熱流密度相等 。 所以 C點(diǎn)稱(chēng)為臨界點(diǎn) ， 亦稱(chēng)為燒毀點(diǎn) 。繼續(xù)加熱而至飽和溫度時(shí)，即進(jìn)入泡狀沸騰區(qū)，形成泡狀流和塊狀流 (汽泡匯合成塊 )，隨著蒸汽含量的進(jìn)一步增加，大汽塊進(jìn)一步合并，在管中心形成汽芯，稱(chēng)為環(huán)狀流。對(duì)濕蒸汽繼續(xù)加熱，最后進(jìn)入干蒸汽的單相傳熱區(qū)。 傳熱表面的汽化核心與該表面的粗糙程度 ， 氧化情況以及材質(zhì)等諸多因素有關(guān) ， 這是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題 ， 有些情況至今尚不清楚 ， 目前比較一致的看法是：粗糙表面上微細(xì)的凹縫或裂穴最可能成為汽化核心 ， 在凹穴中吸附了微量的氣體或蒸汽 ， 這里就成為孕育新生汽泡的胚胎 。 熱射線在物理本質(zhì)上與光射線一樣服從反射和折射定律。 Q=QA+QR+QD 1??? DRAA + R + D = 1 DRA DRA ??? ，透過(guò)率，反射率吸收率Q QD QA QR 黑體： 當(dāng) A=1, R=D=0時(shí)，表明輻射能全部被吸收。 透熱體： 當(dāng) D=1, A=R=0時(shí)，表明輻射能全部透過(guò)物體。 灰體： 工業(yè)上常見(jiàn)固體材料被稱(chēng)作“灰體”，所謂灰體是指它只能部分地吸收發(fā)射來(lái)的熱射線，其余則反射回去，即 A+R=1。 鏡體： 當(dāng) R=1, A=D=0時(shí)，表明輻射能全部被反射。 黑體 白體 透明體 不透明體 灰體 假想物體 定義 A R D 較接近的實(shí)物 黑體 能全部吸收輻射能的物體 1 0 0 表面粗糙紅磚 白 /鏡體 能全部反射輻射能的物體 0 1 0 表面磨光的銅 透熱體 能透過(guò)全部輻射能的物體 0 0 1 單原子 /對(duì)稱(chēng)雙原子氣體 灰體 能以相同的吸收率且部分地吸收 0~∞所有波長(zhǎng)范圍的輻射能的物體 ? 1 ? 0 一般固、液體 400 100TEC ???????斯蒂芬 — 波爾茨曼定律 黑體的輻射能力與絕對(duì)溫度的四次方成正比。 E—物體的輻射能力，單位時(shí)間內(nèi)物體單位面積發(fā)射總輻射能，因次為 W/m2。K 4)。 將黑體作為輻射計(jì)算的比較標(biāo)準(zhǔn) 。 400 100 ???????? TCEE ?? 0332211 EAEAEAEAE ???? ?上式即為克希霍夫定律。若板 1為灰體，其輻射能力、吸收率和溫度分別為 E A1和 T1， 板 2為黑體，其輻射能力，吸收率和溫度分別為 E0,A0和 T0， 且 T1T0， 板 1發(fā)射的能量為 E1， 獲得的能量為A1E0， 其差額即凈的輻射傳熱量 Q=E1A1E0 當(dāng)兩個(gè)物體的溫度相等時(shí)，輻射傳熱達(dá)到平衡狀態(tài)， 即 Q=0， 也即 E1=A1E0或 E1/A1=E0， 則得 1 2 E1 （ 1 – A1）E0 E0 A1 E0 4400 100100 ??????????????? TCTCEE ??比較得 A =ε ， 即同一溫度下，物體的黑度在數(shù)值上等于它的吸收率。黑度值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，其值與材料的性質(zhì)，溫度和表面狀況有關(guān)，常用材料的黑度列于表中。 發(fā)射或反射的能量不一定能全部投射到對(duì)方物體上，因此，在計(jì)算兩固體間輻射傳熱時(shí)，必須考慮兩物體的吸收率與反射率，形狀與大小，以及兩者之間的距離和位置。 Aw—— 輻射面積， m2。下表給出了幾種簡(jiǎn)單情況下輻射面積，角系數(shù)和總輻射系數(shù)的確定方法。 為減少熱損失 ，常在設(shè)備表面上敷設(shè)一層或若干層保溫層 ， 保溫層的存在 ， 加大了設(shè)備的導(dǎo)熱熱阻 ， 使保溫層外表面的溫度 tw大為降低 ， 從而削弱熱損失 。 在平壁保溫層外： T C R? ? ???在管道或圓筒壁保溫層外： 52( )Tw tt? ? ? ? 7 ( )tt? ? ? ?因設(shè)備被環(huán)境大氣所包圍， φ =1， 于是 上兩式適用于 tw150℃ 場(chǎng)合。 穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱 穩(wěn)定傳熱：在傳熱體系中各點(diǎn)的溫度只隨換熱器的位置的變化而變，不隨時(shí)間而變。 不穩(wěn)定傳熱：若傳熱體系中各點(diǎn)的溫度，既隨位置的變化而變化 ，又隨時(shí)間變化。通常連續(xù)生產(chǎn)多為穩(wěn)定傳熱，間歇操作多為不穩(wěn)定傳熱。