第4章傳 熱

1、4.1 概概 述述4.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)4.3 對流傳熱對流傳熱4.4 傳熱計算傳熱計算4.5 熱輻射熱輻射4.6 換熱器換熱器一、傳熱過程的應(yīng)用一、傳熱過程的應(yīng)用二、傳熱的基本方式二、傳熱的基本方式三、冷、熱流體熱交換形式三、冷、熱流體熱交換形式四、傳熱速率方程式四、傳熱速率方程式 熱力學(xué)第二定律指出，熱力學(xué)第二定律指出，凡是有凡是有溫度差溫度差存在的地方，存在的地方，就必然有熱量傳遞，就必然有熱量傳遞，故在幾乎所有的工業(yè)部門，如故在幾乎所有的工業(yè)部門，如化工、能源、冶金、機(jī)械、建筑等都涉及傳熱問題?；ぁ⒛茉?、冶金、機(jī)械、建筑等都涉及傳熱問題。1、物料的加熱與冷卻。2、生產(chǎn)中熱能的合理利用，

2、廢熱回收。3、化工設(shè)備和管道的保溫，以減少熱損失。 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，當(dāng)無外功輸入時，熱總是自動地從溫度較高的部分傳給溫度較低的部分。 根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，熱傳遞有三種基本方式： 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)(conduction) 熱對流熱對流(convection) 熱輻射熱輻射(radiation)q機(jī)理：借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞現(xiàn)象。 q特點：物體的分子或質(zhì)點不發(fā)生宏觀的相對位移。（1）金屬固體中，導(dǎo)熱起主要作用的是自由電子的擴(kuò)散運動；（2）不良導(dǎo)體的固體和大部分的液體中，導(dǎo)熱是通過晶格結(jié)構(gòu)的振動,即原子、分子對其平衡位置附近的振動來實現(xiàn)的；（3）在氣體中，導(dǎo)熱則是由

3、于分子的不規(guī)則運動而引起的。q機(jī)理：流體質(zhì)點發(fā)生宏觀移動和混合，將熱能由高溫處傳遞到低溫處。q分類自然對流：因流體內(nèi)部冷、熱部分的密度差異所致。強(qiáng)制對流：用外力（如攪拌流體使流體強(qiáng)制流動。q 機(jī)理：物體因本身溫度的原因，激發(fā)產(chǎn)生電磁波，向空間傳播，稱為熱輻射。 q 特點： 不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，而且伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換； 傳播不需要任何物質(zhì)做媒介,可以在真空中傳播； 是高溫物體之間的主要傳熱形式。 1、直接接觸式和混合換熱器 2、間壁式換熱和間壁式換熱器 3、蓄熱式換熱和蓄熱器傳熱過程中，根據(jù)冷熱流體接觸方式的不同，熱傳熱過程中，根據(jù)冷熱流體接觸方式的不同，熱交換可分為三種基本形式，每種傳熱形式

4、所用換交換可分為三種基本形式，每種傳熱形式所用換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)也各不相同。熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)也各不相同。蒸蒸米米飯飯q主要特點：主要特點：冷熱兩種流體間的熱交換，是依靠冷熱兩種流體間的熱交換，是依靠熱流體和冷流體熱流體和冷流體直接接觸和混合直接接觸和混合過程實現(xiàn)的。過程實現(xiàn)的。q優(yōu)點：優(yōu)點：傳熱速度快、效率高，設(shè)備簡單。傳熱速度快、效率高，設(shè)備簡單。q設(shè)備：設(shè)備：涼水塔、噴灑式冷卻塔、洗滌塔、混合涼水塔、噴灑式冷卻塔、洗滌塔、混合式冷凝器式冷凝器q適用范圍：適用范圍：無價值的蒸汽冷凝，或其冷凝液不無價值的蒸汽冷凝，或其冷凝液不要求是純粹的物料等，允許冷熱兩流體直接接要求是純粹的物料等，允許冷熱兩流體直

5、接接觸混合的場合。觸混合的場合。列管式換熱器列管式換熱器q主要特點：冷熱兩種流體被一固體間壁所隔開，冷熱兩種流體被一固體間壁所隔開，在換熱過程中，在換熱過程中，兩種流體互不接觸兩種流體互不接觸，熱量由熱流，熱量由熱流體體通過間壁通過間壁傳給冷流體。傳給冷流體。q設(shè)備：列管式換熱器、套管式換熱器。列管式換熱器、套管式換熱器。q適用范圍：不許直接混合的兩種流體間的熱交換。不許直接混合的兩種流體間的熱交換。冷、熱流體通過間壁兩側(cè)的傳熱過程包括以下三個步驟：（1 1）熱流體以）熱流體以對流方式對流方式將熱量傳遞給管壁；將熱量傳遞給管壁；（2 2）熱量以）熱量以熱傳導(dǎo)方式熱傳導(dǎo)方式由管壁的一側(cè)傳遞至另一

6、側(cè)；由管壁的一側(cè)傳遞至另一側(cè)；（3 3）傳遞至另一側(cè)的熱量又以）傳遞至另一側(cè)的熱量又以對流方式對流方式傳遞給冷流體。傳遞給冷流體。流體與壁面之間的熱量傳遞以對流為主，并伴隨熱傳導(dǎo)，通常把這一傳熱過程稱為對流傳熱。q主要特點：蓄熱器內(nèi)裝有固體填充物（如耐火磚蓄熱器內(nèi)裝有固體填充物（如耐火磚等），熱、冷流體等），熱、冷流體交替交替地流過蓄熱器，利用固體地流過蓄熱器，利用固體填充物來積蓄和釋放熱量而達(dá)到換熱的目的。填充物來積蓄和釋放熱量而達(dá)到換熱的目的。q優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單，可耐高溫，但設(shè)備體積龐大，結(jié)構(gòu)簡單，可耐高溫，但設(shè)備體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合。且不能完全避免兩種流體的混合。q適用

7、范圍：使用不多，常用于高溫氣體熱量的回使用不多，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。收或冷卻。q 穩(wěn)態(tài)傳熱：傳熱系統(tǒng)中各點的溫度僅隨位置的變化而變化，不隨時間變化而變化。 特點：在同一熱流方向上的傳熱速率為常量。q 非穩(wěn)態(tài)傳熱：傳熱系統(tǒng)中各點的溫度不僅隨位置不同而不同，而且隨時間發(fā)生變化。 連續(xù)生產(chǎn)過程中所進(jìn)行的傳熱多為穩(wěn)態(tài)傳熱。 在間歇操作的換熱設(shè)備中或連續(xù)操作的換熱設(shè)備處于開、停車階段以及改變操作條件時所進(jìn)行的傳熱，都屬于非穩(wěn)態(tài)傳熱。q 傳熱速率Q（rate of heat transfer）：又稱熱流量（rate of heat flow），指單位時間內(nèi)通過傳熱面的熱量，單位W 。 整個換熱

8、器的傳熱速率表征了換熱器的生產(chǎn)能力。q 熱流密度q：又稱熱通量（heat flux），指單位時間內(nèi)通過單位傳熱面積傳遞的熱量，單位W/m2 。 在一定的傳熱速率下，q越大，所需的傳熱面積越小。因此，熱通量是反映傳熱強(qiáng)度的指標(biāo)，又稱為熱流強(qiáng)度。AQq 傳熱過程的推動力：兩流體的溫度差，通常用平均溫度差tm進(jìn)行計算，單位為K或。 經(jīng)驗指出，在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，傳熱速率Q與傳熱面積A和兩流體的溫度差tm成正比。即傳熱速率方程式為：熱阻推動力KAttKAQmm1其中，比例系數(shù)K為總傳熱系數(shù)（overall heat transfer coefficient），單位為W/(m2.K)一、傅里葉定律一、傅里

9、葉定律二、導(dǎo)熱系數(shù)二、導(dǎo)熱系數(shù)三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)四、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)冬天，鐵凳與木凳溫度一樣，但我們坐在鐵凳子上要比坐在木凳子上，感到冷得多，為什么？一杯熱牛奶，放在水里比擺在桌子上要冷得快，為什么？ 討論：討論：1溫度場（溫度場（temperature field）任一瞬間，物體或系統(tǒng)內(nèi)所有各點的溫度分布稱為溫度場。2等溫面等溫面指同一時刻，溫度場中相同溫度各點所組成的面，彼此不相交 。3等溫線等溫線指等溫面與同一平面相交的交線。4溫度梯度（溫度梯度（temperature gradient）指溫度場內(nèi)某一點等溫面法線方向的溫度變化率。方向與給定

10、點等溫面的法線方向一致，以溫度增加的方向為正。dxdtAQ 式中：Q導(dǎo)熱速率，W A導(dǎo)熱面積，m2 材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.）或W/（m.K） dt/dx沿x方向的溫度梯度，/m或K/m。x方向為熱流方向，即溫度降低的方向，故為負(fù)值。在質(zhì)地均勻的物體中，若等溫面上各點的溫度梯度相在質(zhì)地均勻的物體中，若等溫面上各點的溫度梯度相同，則單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度和垂直于熱同，則單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度和垂直于熱流方向的導(dǎo)熱面積成正比。流方向的導(dǎo)熱面積成正比。在數(shù)值上等于單位溫度梯度下，單位導(dǎo)熱面積上的導(dǎo)熱速率。它表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一，通常用實驗測定。dxdtAQ

11、物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)主要與物質(zhì)的種類和溫度有關(guān)。純金屬合金非金屬建筑材料液體絕緣材料氣體q金屬：金屬是最好的導(dǎo)熱體。純金屬：熔融狀態(tài)時變小。合金：隨純度。隨T 。q非金屬建筑材料和絕熱材料與溫度、組成和結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)。隨T ，隨密度 ，存在最佳密度，使最小。q水的導(dǎo)熱系數(shù)最高。 水=0.6。q除水、乙二醇和甘油外，隨T。q一般，溶液純有機(jī)液體。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小，對導(dǎo)熱不利，但利于保溫隔熱。q隨Tq常壓下，隨壓力的增減變化很小，可忽略不計。過高或過低壓力時 (200 MPa 或2.7KPa ) ，隨P。對于大多數(shù)的物質(zhì)，在溫度變化范圍不大時，導(dǎo)熱系數(shù)與溫度近似成直線關(guān)系：0 (1+t)式中：物質(zhì)

12、在溫度 t 時的導(dǎo)熱系數(shù)， 0物質(zhì)在溫度 0 時的導(dǎo)熱系數(shù)， 溫度系數(shù)，-1，對大多數(shù)金屬材料和液體為負(fù)值，而對大多數(shù)非金屬材料和氣體為正值。在工程計算中，對于各處溫度不同的固體，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)在工程計算中，對于各處溫度不同的固體，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)取最高溫度和最低溫度下導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值，或者由取最高溫度和最低溫度下導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值，或者由平均溫度平均溫度t=(t1+t2)/2求得。求得。 1、單層平壁熱傳導(dǎo)單層平壁熱傳導(dǎo) t1t2bQ由傅立葉定律： dxdtAQ 分離變量后積分，可得導(dǎo)熱速率方程為： )(21ttAbQ 熱熱阻阻傳傳熱熱推推動動力力 RtAbttQ )(21上式也可寫為： )

13、(21ttbAQq 式中q為單位面積的導(dǎo)熱速率，稱為熱流密度，單位為W/m2。 b1b2b3Qtt1t2t3t4x在穩(wěn)定傳熱時，通過串聯(lián)平壁的導(dǎo)熱速率都是相等的。 AbttAbttAbttQ334322321121)()()( 根據(jù)等比定律總總熱熱阻阻總總推推動動力力 RtAbAbAbttQ33221141)( 對n層平壁， niiiAbtQ1 對于多層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程而言，下列論斷正確的是：對于多層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程而言，下列論斷正確的是：（1）傳熱推動力和熱阻是可以加和的，總熱阻等于各層熱阻之和，總推動力等于各層推動力之和。（2）哪層熱阻大，哪層溫差大；反之，哪層溫差大，哪層熱阻一定大。

14、（3）通過每層壁面的熱量相等。（4）溫差確定后減少阻力就可強(qiáng)化傳熱，可通過減少壁厚或增加導(dǎo)熱系數(shù)和平壁面積來達(dá)到?！纠?-1】某平壁燃燒爐由一層100mm厚的耐火磚和一層80mm厚的普通磚砌成，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.0W/（m.）及0.8W/（m.）。操作穩(wěn)定后，測得爐壁內(nèi)表面溫度為720，外表面溫度為120。為減小燃燒爐的熱損失，在普通磚的外表面增加一層厚為30mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.03W/（m.）的保溫材料。待操作穩(wěn)定后，又測得爐壁內(nèi)表面溫度為800，外表面溫度為80。設(shè)原有兩層材料的導(dǎo)熱系數(shù)不變，試求：（1）加保溫層后爐壁的熱損失比原來減少的百分?jǐn)?shù)；（2）加保溫層后各層接觸面的溫度。解：（1

15、）加保溫層后爐壁的熱損失比原來減少的百分?jǐn)?shù)22211311/30008 . 008. 0110. 0120720mWbbttq加保溫層前，為雙層平壁的熱傳導(dǎo)，單位面積爐壁的熱損失，即熱通量q1為： 加保溫層后，為三層平壁的熱傳導(dǎo)，單位面積爐壁的熱損失，即熱通量q2為2332211412/60003. 003. 08 . 008. 0110. 080800mWbbbttq加保溫層后熱損失比原來減少的百分?jǐn)?shù)為%80%10030006003000%100121qqq解：（2）加保溫層后各層接觸面的溫度已知q2=600w/m2，且通過各層平壁的熱通量均為此值。各層的溫度差和熱阻的數(shù)值 6060011

16、. 02111qbt 74060800112ttt 606008 . 008. 02222qbt 68060740223ttt 60060003. 003. 02333qbt 80600680334ttt 溫度差t()熱阻b/A(m2 /W)耐火磚60 0.1普通磚60 0.1保溫材料6001 【例4-2】某冷庫的墻壁由三層材料構(gòu)成，內(nèi)層為軟木，厚15mm，導(dǎo)熱系數(shù)= 0.043W/(m)，中層為石棉板，厚40mm，導(dǎo)熱系數(shù)= 0.10W/ (m) ，外層為混凝土，厚200mm，導(dǎo)熱系數(shù)= 1.3W/ (m) ，測得內(nèi)墻表面為-18，外墻表面溫度為24， 計算每平方米墻面的冷損失量；若將內(nèi)、中

17、層材料互換而厚度不變，冷損失量將如何變化。233221141/343 . 120. 0043. 0040. 01 . 0015. 02418mWbbbttq互換材料后，由于導(dǎo)熱熱阻的增大，使得冷量損失減少。在使用多層材料保溫時要注意熱阻的分配。 將內(nèi)、中層材料互換而厚度不變時：t1-18，t4=24， 1= 0.10W/(m) ， 2= 0.043W/(m) ， 3=1.3W/ (m) 233221141/5 .463 . 120. 01 . 0040. 0043. 0015. 02418mWbbbttq解：t1-18，t4=24， 1=0.043W/(m)， 2=0.10W/(m)， 3=1

18、.3W/ (m) ldtrdrQ 2 1、單層圓筒壁熱傳導(dǎo)單層圓筒壁熱傳導(dǎo) Qdrrr1r2t1t2l在在r處，傳熱面積處，傳熱面積A=2rl。drdtrldrdtAQ 2 )(2ln2112ttlrrQ mAbttrrttlQ )(ln)(2211221 121212ln2rrrrrlrArrbmmm 對對數(shù)數(shù)平平均均半半徑徑：其其中中： 說說 明明q在任一半徑在任一半徑r處，溫度表示為處，溫度表示為:表明溫度沿表明溫度沿r方向為對數(shù)曲線分布，溫度梯度隨方向為對數(shù)曲線分布，溫度梯度隨r增大而減小。增大而減小。11ln2rrlQtt q在穩(wěn)態(tài)下，傳熱速率在穩(wěn)態(tài)下，傳熱速率Q為常量，與坐標(biāo)為常量

19、，與坐標(biāo)r無關(guān)。但熱流密度無關(guān)。但熱流密度q=Q/(2rl)隨坐標(biāo)隨坐標(biāo)r變化。所以，工程上通常取單位圓筒壁長度計變化。所以，工程上通常取單位圓筒壁長度計算傳熱速率，記為算傳熱速率，記為ql，單位是，單位是W/m。1221ln)(2rrttql 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttlQ 344332332212211ln)(2ln)(2ln)(2rrttlrrttlrrttlQ 總總熱熱阻阻總總推推動動力力 RtAbAbAbttQmmm33322211141)( 說說 明明q總推動力為各層溫度差之和，總熱阻為各層熱阻之和。q各層的導(dǎo)熱速率相同，溫差與熱阻成正比。q不論

20、圓筒壁由多少層組成，通過各層導(dǎo)熱速率Q和ql為常量，但q不為常量；q其中每一層的溫度分布為對數(shù)曲線，但各層分布曲線不同。【例4-3】在一60mm3.5mm的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.07W/（m.），外層為20mm的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.15W/（m.）?，F(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁的溫度為500，最外層表面溫度為80，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/（m.）。試求每米管長的熱損失及保溫層界面的溫度。 1119107. 009. 0ln15. 0103. 007. 0ln07. 010265. 003. 0ln451)80500(14. 32 mWq 解：解：（

21、1）每米管長的熱損失）每米管長的熱損失 343232121411ln1ln1ln12rrrrrrttlQq 此處， mrmr03. 00035. 00265. 00265. 02053. 021 ，mrmr09. 002. 007. 007. 004. 003. 043 ， （2）保溫層界面溫度）保溫層界面溫度t3 解得，解得， 232121311ln1ln12rrrrttq 03. 007. 0ln07. 010265. 003. 0ln451)500(14. 321913 tCt 1323例4-4：有直徑38mm2mm的黃銅冷卻管，假如管內(nèi)生成厚度為1mm的水垢，水垢的熱導(dǎo)率為=1.163

22、W/（m.），試計算水垢熱阻是黃銅管熱阻的多少倍？黃銅管的熱導(dǎo)率為=110W/（m.）。思考1： 氣溫下降，應(yīng)添加衣服，應(yīng)把保暖性好的衣服穿在里面好，還是穿在外面好？b1b2 1 2Q21 思考2：保溫層越厚，保溫效果越好嗎？b2b1 2 1Q 思考思考1：導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) _，保溫效果越好。，保溫效果越好。導(dǎo)熱速率導(dǎo)熱速率Q _，保溫效果越好。，保溫效果越好。131212111311)(2)/()ln(/ )ln()(2MttlbrbbrrbrttlQ 231122122312)(2)/()ln(/ )ln()(2MttlbrbbrrbrttlQ )11()()(ln)()(ln)()(ln

23、)/()ln(/ )ln()/()ln(/ )ln(212121221211212112212221211121 bbrrbrbrbbrrbrbrbbrrbrbrbrbbrrbrbrbbrrbrMM0)()(ln0)()(2121212121 bbrrbrbrbbbbrrbrbr衣衣服服應(yīng)應(yīng)該該穿穿在在里里層層。也也就就是是說說保保暖暖性性能能好好的的小小。率率服服穿穿在在里里層層時時，導(dǎo)導(dǎo)熱熱速速小?。ū１Ｅ孕阅苣芎煤茫┑牡囊乱录醇矗喝羧鬛QQMM 212121 思考思考2：保溫層越厚，保溫效果越好嗎？保溫層越厚，保溫效果越好嗎？ t1 t2 t0 r1 r2 Q rcr2 212012

24、12LrLrrttQ ln總熱阻總熱阻總推動力總推動力所以，如果保溫層的半徑小于rc，則增加保溫層的厚度反而使熱損失增大。由此可知，對管徑較小的管路包扎較大的保溫材料時，需要核算保溫層的半徑是否小于rc。02 drdQ令令 cr輸送水蒸氣的圓管外（ 35mm2mm ）包覆兩層厚度相同（b=5mm）、熱導(dǎo)率不同的保溫材料， 1=1.0W/（m.）， 2=0.1W/（m.），若改變兩層保溫材料的先后次序，其保溫效果如何變化？(圓管的熱阻忽略不計)若被保溫的是平壁而不是圓管，保溫材料的先后次序?qū)Ρ匦Ч泻斡绊?？思考思?：1、平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)過程，通過三層厚度相同的材料，每、平壁穩(wěn)定熱傳導(dǎo)過程，通過

25、三層厚度相同的材料，每層間溫度變化如圖所示，則導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序為層間溫度變化如圖所示，則導(dǎo)熱系數(shù)的大小順序為，每層熱阻的大小順序為，每層熱阻的大小順序為。t1t2t3t41232、某圓形管道外有兩層厚度相同的保溫材料，溫度曲線、某圓形管道外有兩層厚度相同的保溫材料，溫度曲線如圖所示，則導(dǎo)熱系數(shù)的大小關(guān)系為如圖所示，則導(dǎo)熱系數(shù)的大小關(guān)系為_，將，將_層材料放在里層保溫效果較好。層材料放在里層保溫效果較好。t1t2t3AB一、對流傳熱的給熱機(jī)理一、對流傳熱的給熱機(jī)理二、對流傳熱速率方程二、對流傳熱速率方程三、對流傳熱系數(shù)三、對流傳熱系數(shù)四、對流傳熱中的量綱分析四、對流傳熱中的量綱分析五、流體無相

26、變時的對流傳熱五、流體無相變時的對流傳熱六、流體有相變時的對流傳熱六、流體有相變時的對流傳熱q機(jī)理：機(jī)理：由于流體質(zhì)點發(fā)生由于流體質(zhì)點發(fā)生宏觀宏觀移動和混合，流體質(zhì)點攜移動和混合，流體質(zhì)點攜帶著熱能在不斷的帶著熱能在不斷的流動流動中將熱能由一處傳遞到另一處。中將熱能由一處傳遞到另一處。 電熱爐燒水q分類分類自然對流自然對流：因流體內(nèi)部各處溫度不同而引：因流體內(nèi)部各處溫度不同而引起的局部密度差異所致。起的局部密度差異所致。強(qiáng)制對流強(qiáng)制對流：用外力（如泵、風(fēng)機(jī)、攪拌器：用外力（如泵、風(fēng)機(jī)、攪拌器等使流體流動。等使流體流動。滯流底層滯流底層過渡流層過渡流層湍流主體湍流主體 滯流底層：滯流底層：熱傳導(dǎo)

27、，熱傳導(dǎo)，導(dǎo)熱熱阻很大，導(dǎo)熱熱阻很大，因此該層中溫度差較大。因此該層中溫度差較大。 過渡流層：過渡流層：熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)+ +熱對流，熱對流，該層中該層中溫度發(fā)生了緩慢的變化。溫度發(fā)生了緩慢的變化。 湍流主體：湍流主體：熱對流，熱對流，流體質(zhì)點劇烈混合流體質(zhì)點劇烈混合并充滿了旋渦，因此該層中溫差極小，并充滿了旋渦，因此該層中溫差極小，各處的溫度基本上相同。各處的溫度基本上相同。根據(jù)對流傳熱的根據(jù)對流傳熱的有效膜理論模型，有效膜理論模型，按平壁導(dǎo)熱處理得：按平壁導(dǎo)熱處理得：AttAQ 牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律 令令/=，則上式為：，則上式為：AttAQ 1 固體與流體間的傳熱速率，與傳固體與流體間的

28、傳熱速率，與傳熱壁面積成正比，與壁面和流體熱壁面積成正比，與壁面和流體間的溫度差成正比。間的溫度差成正比。 即：在單位溫度差下，對流傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于由對流即：在單位溫度差下，對流傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于由對流傳熱產(chǎn)生的熱通量（即單位面積的對流傳熱速率）。傳熱產(chǎn)生的熱通量（即單位面積的對流傳熱速率）。 單位單位：W/(m2)或或W/(m2K) tAQ 定義式：定義式：據(jù)牛頓冷卻定律得據(jù)牛頓冷卻定律得qAQ 時，時，當(dāng)當(dāng)1t 物理意義物理意義：值數(shù)量級范圍值數(shù)量級范圍 換熱換熱方式方式 空氣自空氣自然對流然對流 氣體強(qiáng)氣體強(qiáng)制對流制對流 水自然水自然對流對流 水強(qiáng)制水強(qiáng)制對流對流 水蒸汽水蒸汽冷凝

29、冷凝 有機(jī)蒸有機(jī)蒸汽冷凝汽冷凝 水沸騰水沸騰 W/(m2)525 20100 201000100015000 500015000 5002000 250025000 對流傳熱是流體在外界條件作用下，在一定幾何形狀、尺寸對流傳熱是流體在外界條件作用下，在一定幾何形狀、尺寸的設(shè)備中流動時與固體壁面之間的傳熱過程，因此影響的設(shè)備中流動時與固體壁面之間的傳熱過程，因此影響的的主要因素有：主要因素有：1.流體的種類和相變化情況流體的種類和相變化情況2.流體的物性流體的物性3.流體的溫度流體的溫度4.流體的流動狀態(tài)流體的流動狀態(tài)5.流體流動的原因流體流動的原因6.傳熱面的形狀、位置和大小傳熱面的形狀、位置

30、和大小氣體氣體液體液體無相變無相變1.流體的種類和相變化情況流體的種類和相變化情況換熱換熱方式方式 空氣自空氣自然對流然對流 水自然水自然對流對流 水蒸汽水蒸汽冷凝冷凝 W/(m2)525 201000500015000 2.流體的物理性質(zhì)流體的物理性質(zhì)對對影響較大的流體物性有導(dǎo)熱系數(shù)影響較大的流體物性有導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、粘度、比熱、比熱Cp、密、密度度及對自然對流影響較大的體積膨脹系數(shù)及對自然對流影響較大的體積膨脹系數(shù)。 、Cp 、 、 湍流時，隨著湍流時，隨著Re的增加，滯流底層的厚度減薄，阻力降低，的增加，滯流底層的厚度減薄，阻力降低，增大。增大。 滯流時，流體在熱流方向上基本沒有混雜作用

31、，故滯流時，流體在熱流方向上基本沒有混雜作用，故較湍流時較湍流時小。小。 即：即： 滯流滯流 湍流湍流4.流體的流動狀態(tài)流體的流動狀態(tài) 計算中要修正溫度對物性的影響。計算中要修正溫度對物性的影響。 在傳熱計算過程中，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，用以確定物性所規(guī)在傳熱計算過程中，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，用以確定物性所規(guī)定的溫度稱為定的溫度稱為定性溫度定性溫度。3.流體的溫度流體的溫度形狀形狀：圓管、翅片管、管束、平板、螺旋板等。：圓管、翅片管、管束、平板、螺旋板等。位置位置：水平放置、垂直放置、管內(nèi)流動、管外沿軸向流動、管外垂：水平放置、垂直放置、管內(nèi)流動、管外沿軸向流動、管外垂直于軸向流動等。直于軸向流動等。

32、尺寸尺寸：管內(nèi)徑、管外徑、管長、平板的寬與長等。：管內(nèi)徑、管外徑、管長、平板的寬與長等。一般采用對對流傳熱有決定性影響的一般采用對對流傳熱有決定性影響的特征尺寸特征尺寸作為計算依據(jù)，稱為作為計算依據(jù)，稱為定性尺寸定性尺寸。 6.傳熱面的形狀、位置和尺寸傳熱面的形狀、位置和尺寸自然對流自然對流 強(qiáng)制對流強(qiáng)制對流5.流體流動的原因流體流動的原因100015000 20100020100 525 W/(m2)水強(qiáng)制水強(qiáng)制對流對流 水自然水自然對流對流 氣體強(qiáng)氣體強(qiáng)制對流制對流 空氣自空氣自然對流然對流 換熱換熱方式方式 為獲得對流傳熱系數(shù)，其方法有：為獲得對流傳熱系數(shù)，其方法有： 解析法：解析法：建

33、立理論方程式，用數(shù)學(xué)分析的方法求出建立理論方程式，用數(shù)學(xué)分析的方法求出 的的精確解或數(shù)值解。精確解或數(shù)值解。只適用于一些幾何條件簡單的幾個傳熱只適用于一些幾何條件簡單的幾個傳熱過程，如管內(nèi)層流、平板上層流等。過程，如管內(nèi)層流、平板上層流等。 數(shù)學(xué)模型法：數(shù)學(xué)模型法：對給熱過程作出簡化的物理模型和數(shù)學(xué)對給熱過程作出簡化的物理模型和數(shù)學(xué)描述，用實驗檢驗或修正模型，確定模型參數(shù)。描述，用實驗檢驗或修正模型，確定模型參數(shù)。 量綱分析法：量綱分析法：將影響給熱的因素?zé)o因次化，通過實驗將影響給熱的因素?zé)o因次化，通過實驗決定無因次準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系。這是理論指導(dǎo)下的實驗研究決定無因次準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系。這是理論指導(dǎo)

34、下的實驗研究方法，在對流給熱中廣為使用。方法，在對流給熱中廣為使用。 實驗法：實驗法：對少數(shù)的對流給熱過程適用。對少數(shù)的對流給熱過程適用。 量綱分析法量綱分析法基礎(chǔ)：量綱一致性，基礎(chǔ)：量綱一致性，即物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相即物理方程式的兩邊不僅數(shù)值相等，而且量綱也必須相等。等，而且量綱也必須相等?；径ɡ恚夯径ɡ恚?定理，定理，即假設(shè)影響該現(xiàn)象的即假設(shè)影響該現(xiàn)象的物理量為物理量為n個個，這些物理量的這些物理量的基本量綱數(shù)為基本量綱數(shù)為m個個，則該物理現(xiàn)象可用，則該物理現(xiàn)象可用 N=(n-m) 個個獨立的量綱為獨立的量綱為1的無因次數(shù)群關(guān)系式表示，的無因次數(shù)群關(guān)系式表示，此即此即定理。此類量

35、綱為定理。此類量綱為1的無因次數(shù)群稱為的無因次數(shù)群稱為準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)。 1.列出影響該過程的物理量列出影響該過程的物理量 f（l, ，Cp， ， gt ，u） 液體的物理性質(zhì)：流體的密度，粘度，比熱Cp，導(dǎo)熱系數(shù) 。 固體表面的特征尺寸l； 強(qiáng)制對流的流速u ； 自然對流的特征速度，此速度可由單位質(zhì)量流體的浮力gt表征。 2.列出各物理量的量綱列出各物理量的量綱物理量物理量lCpgtu量綱量綱MT-3-1L ML-3ML-1T-1L2T-2-1MLT-3-1LT-2LT-13.量綱分析量綱分析 Kualb c d e Cpf(gt)h根據(jù)根據(jù)定理，影響該現(xiàn)象的物理量為定理，影響該現(xiàn)象的物理量為n=8

36、個，這些物理量的基本個，這些物理量的基本量綱數(shù)為量綱數(shù)為m=4個，則該物理現(xiàn)象可用個，則該物理現(xiàn)象可用 N=(n-m) =4個獨立的量綱個獨立的量綱為為1的無因次數(shù)群關(guān)系式表示。的無因次數(shù)群關(guān)系式表示。將各物理量的量綱代入，經(jīng)整理可得：將各物理量的量綱代入，經(jīng)整理可得：hfal tgculKl 223p 雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re努塞爾準(zhǔn)數(shù)努塞爾準(zhǔn)數(shù)Nu普蘭特準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)Gr各準(zhǔn)數(shù)的名稱、符合、意義如下：各準(zhǔn)數(shù)的名稱、符合、意義如下：反映反映自然對流自然對流強(qiáng)弱程度強(qiáng)弱程度格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)(Grashof)Gr反映反映物性物性對傳熱影響對傳熱影響普蘭特準(zhǔn)

37、數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)(Prandtl)Pr反映流體流動反映流體流動湍動程度湍動程度雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)(Reynolds)Re表示表示對流傳熱強(qiáng)弱對流傳熱強(qiáng)弱程度程度努塞爾準(zhǔn)數(shù)努塞爾準(zhǔn)數(shù)(Nusselt)Nu意義意義名稱名稱符號符號準(zhǔn)數(shù)式準(zhǔn)數(shù)式ullpc223l tg3.量綱分析量綱分析無相變條件下，對流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的一般形式。無相變條件下，對流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的一般形式。cbal tgculKl 223p crbraeuGPRKN 1、應(yīng)用范圍：、應(yīng)用范圍：關(guān)聯(lián)式中關(guān)聯(lián)式中Re、Pr、Gr等準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值范圍等。等準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值范圍等。 說 明2、特征尺寸：、特征尺寸：參與對流傳熱過程的傳熱面幾何尺寸往往不

38、止一參與對流傳熱過程的傳熱面幾何尺寸往往不止一個，而關(guān)聯(lián)式中的各準(zhǔn)數(shù)所采用的特性尺寸通常是對流動和傳個，而關(guān)聯(lián)式中的各準(zhǔn)數(shù)所采用的特性尺寸通常是對流動和傳熱有決定性影響。應(yīng)遵照所選用的關(guān)聯(lián)式中規(guī)定特性尺寸。熱有決定性影響。應(yīng)遵照所選用的關(guān)聯(lián)式中規(guī)定特性尺寸。 3、定性溫度：、定性溫度：各準(zhǔn)數(shù)中決定物性參數(shù)的溫度，有各準(zhǔn)數(shù)中決定物性參數(shù)的溫度，有3種表示方法：種表示方法：取取流體流體平均溫度平均溫度t=(t1+t2)/2或或T=(T1+T2)/2為定性溫度為定性溫度取取壁面壁面平均溫度平均溫度t=(tw+Tw)/2為定性溫度為定性溫度取取流體和壁面流體和壁面的平均溫度的平均溫度t=(tw+t)/

39、2或或t=(Tw+T)/2為定性溫度為定性溫度壁溫多為未知數(shù)，需用試差法，故工程上多用第一種方法。壁溫多為未知數(shù)，需用試差法，故工程上多用第一種方法。 （一）流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱（一）流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱 （二）流體在管外強(qiáng)制對流時的對流傳熱（二）流體在管外強(qiáng)制對流時的對流傳熱（三）大空間自然對流的對流傳熱（三）大空間自然對流的對流傳熱1 1、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流湍流 2 2、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制過渡流過渡流 3 3、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制層流層流 4 4、非圓形非圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對流直管內(nèi)強(qiáng)制對流 1 1、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流、圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流對于強(qiáng)制湍流，

40、自然對流的影響可以忽略不計，即對于強(qiáng)制湍流，自然對流的影響可以忽略不計，即Gr0，所以：，所以： baPrKReNu （1）對于低黏度流體）對于低黏度流體( (2mPas的氣體及大部分液體的氣體及大部分液體) nPrReNu8 . 0023. 0ncdud)()(023. 0p8 . 0流體被加熱時，流體被加熱時，n=0.4 流體被冷卻時，流體被冷卻時，n=0.3 Re10000（即流動是充分湍流的）；（即流動是充分湍流的）； 0.7Pr120（一般流體皆可滿足，不適用于液體金屬）；（一般流體皆可滿足，不適用于液體金屬）； 低粘度流體低粘度流體(2mPas)； l/d60，即管內(nèi)流動是充分發(fā)展

41、的；，即管內(nèi)流動是充分發(fā)展的； 特征尺寸特征尺寸l=d（管內(nèi)徑）；（管內(nèi)徑）； 定性溫度為進(jìn)、出口流體主體溫度，取進(jìn)、出口的算術(shù)平定性溫度為進(jìn)、出口流體主體溫度，取進(jìn)、出口的算術(shù)平均值，即均值，即 221mttt 應(yīng)用條件應(yīng)用條件（2）對于高黏度流體）對于高黏度流體14. 033. 0p8 . 0)()()(027. 0wcdud 流體被加熱時，流體被加熱時，（/ w）0.14=1.05 流體被冷卻時，流體被冷卻時， （/ w）0.14=0.95 、w液體在主體平均溫度、壁溫下的黏度。液體在主體平均溫度、壁溫下的黏度。 應(yīng)用條件：應(yīng)用條件：Re10000，0.7Pr16700， l/d60 特

42、征尺寸特征尺寸l=d（管內(nèi)徑），（管內(nèi)徑），定性溫度為進(jìn)、出口流體主體溫度的算術(shù)平均值。定性溫度為進(jìn)、出口流體主體溫度的算術(shù)平均值。 不適用于液體金屬。不適用于液體金屬。 (3) 對于對于l/d 300=02.06=79.5=14.01045.01080.1=Pr,100001079.2=1045.086073.002.0=Re/73.0=25402.0486050=33432ndlcudsmAquiPim取取時時公公式式，流流體體被被加加熱熱，故故符符合合低低粘粘度度流流體體湍湍流流湍湍流流。說說明明增增加加了了變變化化率率時時：當(dāng)當(dāng)苯苯的的流流量量增增加加3 .38%3 .38116911

43、691617)/(16175 .1116950)/(116979.5)1079.2(02.014.0023.0PrRe023.028 .08 .024 .08 .044 .08 .0 iiiiiiihhhmWuumWd 當(dāng)流體在管內(nèi)呈過渡狀態(tài)流動時，當(dāng)流體在管內(nèi)呈過渡狀態(tài)流動時，即即2300Re10000，因湍流不充分，層流內(nèi)層較厚，熱阻大而因湍流不充分，層流內(nèi)層較厚，熱阻大而小。通常小。通常先按先按湍流時的公式計算，然后再將計算結(jié)果乘以一個小于湍流時的公式計算，然后再將計算結(jié)果乘以一個小于1的的校正系數(shù)校正系數(shù)f，即：，即：8 . 15Re1061 f只有在小管徑、水平管、壁面與流體之間的溫

44、差比較小、只有在小管徑、水平管、壁面與流體之間的溫差比較小、流速比較低的情況下，才有嚴(yán)格的層流傳熱。其他情況下，流速比較低的情況下，才有嚴(yán)格的層流傳熱。其他情況下，常伴有自然對流傳熱。常伴有自然對流傳熱。當(dāng)當(dāng)Gr2.5 104時，自然對流的影響不能忽略，應(yīng)由上時，自然對流的影響不能忽略，應(yīng)由上式計算的式計算的值再乘以校正系數(shù)值再乘以校正系數(shù)f：)015. 01(8 . 03/1Grf 流體在非圓形管中呈強(qiáng)制湍流、過渡流以及層流時，流體在非圓形管中呈強(qiáng)制湍流、過渡流以及層流時，仍可應(yīng)用上述相應(yīng)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計算，只將其中管子仍可應(yīng)用上述相應(yīng)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計算，只將其中管子內(nèi)徑內(nèi)徑d用當(dāng)量直徑用當(dāng)量直

45、徑de代替即可。代替即可。 潤濕周邊長流體流動截面積 4ed 管束的排列方式有管束的排列方式有直列和錯列直列和錯列兩種，錯列中又有兩種，錯列中又有正方正方形和等邊三角形形和等邊三角形兩種。兩種。直列直列正方形錯列正方形錯列等邊三角形錯列等邊三角形錯列適用范圍適用范圍：5000Re70000，x1/d=1.25，x2/d=1.25。特性尺寸取管外徑特性尺寸取管外徑d1，定性溫度流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值；定性溫度流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值；流速流速u取流動方向上最窄流道處的流速，即最大流速。取流動方向上最窄流道處的流速，即最大流速。 4 .0PrReCNun C， ，n取決于排列方式和管排數(shù)，取

46、決于排列方式和管排數(shù)，為排列系數(shù)，為排列系數(shù)，、n值值視管束中管子排列方式不同而異。由實驗測定視管束中管子排列方式不同而異。由實驗測定 。直直 列列 錯錯 列列 排排數(shù)數(shù) n n C x1/d=1.23 時時 C1+ 0.1 x1/d 1 2 3 4 0.6 0.65 0.65 0.65 0.171 0.157 0.157 0.157 0.6 0.6 0.6 0.6 0.171 0.228 0.290 0.290 x1/d3 時時 C1.3 平均的對流傳熱系數(shù)平均的對流傳熱系數(shù) ： iiimAAAAAAAA 321332211準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式可表示為：準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式可表示為：或或NuC(GrPr)n n

47、pcl tglC 223適用范圍適用范圍：(1)特性尺寸對水平管取管外徑，對垂直管或垂直板取管長或板高；特性尺寸對水平管取管外徑，對垂直管或垂直板取管長或板高；(2) 定性溫度取膜溫，即定性溫度取膜溫，即tm=(tw+t)/2；(3) Gr準(zhǔn)數(shù)中，準(zhǔn)數(shù)中，ttwt，tw為壁溫，為壁溫，t為流體平均溫度。為流體平均溫度。 例例4-6 一水平蒸汽管，長一水平蒸汽管，長20m，外徑為，外徑為159mm，管外壁溫度，管外壁溫度為為120，周圍空氣溫度為，周圍空氣溫度為20。計算該管段由于自然對流散失的熱量。計算該管段由于自然對流散失的熱量。WKmWtdgGro6621)20120(20159. 0)/

48、(63. 6)1001. 2(159. 00297. 053. 01001. 2694. 0)1006. 2(34003. 1159. 0)20120(81. 9PrPr241772523223 6.63t)-l(tdQ41n0.53,Cwo散熱量查表，得：解：定性溫度：解：定性溫度：t(120+20)/270，特性尺寸，特性尺寸0.159m，70下空氣物性：下空氣物性：1.03kg/m3，2.0610-5Pas 0.0297W/mK，1/(273+70)=1/340 1/K，Pr0.694 （一）蒸汽冷凝傳熱（一）蒸汽冷凝傳熱（二）液體沸騰傳熱（二）液體沸騰傳熱特點：特點：相變流體要放出或吸

49、收大量的潛熱，但流體溫相變流體要放出或吸收大量的潛熱，但流體溫度基本不變。因此對流傳熱系數(shù)比無相變時的更大。度基本不變。因此對流傳熱系數(shù)比無相變時的更大。 熱流方向 蒸汽 ts膜膜滴滴 當(dāng)飽和蒸汽和低于飽和溫度的壁面相接觸時，飽和蒸汽放出潛熱當(dāng)飽和蒸汽和低于飽和溫度的壁面相接觸時，飽和蒸汽放出潛熱冷凝成液體，而使另一側(cè)的流體被加熱。冷凝成液體，而使另一側(cè)的流體被加熱。 熱流方向 蒸汽 ts 滴狀冷凝膜狀冷凝413232725. 0 tdnrgo r蒸氣冷凝潛熱，取飽和溫度蒸氣冷凝潛熱，取飽和溫度ts下的數(shù)值，下的數(shù)值，kJ/kg；冷凝液的密度，冷凝液的密度，kg/m3；冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)，冷凝液

50、的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)冷凝液的粘度，冷凝液的粘度，Pas； n水平管束在垂直列上的管子數(shù)，水平管束在垂直列上的管子數(shù)， 若為單根水平管，則若為單根水平管，則n =1。定性溫度取膜溫，即定性溫度取膜溫，即t(ts+tw)/2；特性尺寸取管外徑；特性尺寸取管外徑d0。 層流層流湍流湍流高高度度傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)液膜為液膜為層流層流時時 （Re1800）4 . 03/1232Re0077. 0 g應(yīng)用條件應(yīng)用條件：1、特征尺寸、特征尺寸l為管長或板高；為管長或板高；2、各物性參數(shù)是凝液的物性，定性溫度?。?、各物性參數(shù)是凝液的物性，定性溫度?。?、r為汽化潛熱；為汽化潛熱；4、 t =twts。 2w

51、sttt （1）不凝性氣體的影響：）不凝性氣體的影響： 當(dāng)蒸汽中含空氣量達(dá)當(dāng)蒸汽中含空氣量達(dá)1%時，時， 下降下降60%左右。因此，在冷凝器的設(shè)計左右。因此，在冷凝器的設(shè)計中，在高處安裝氣體排放口；操作中，在高處安裝氣體排放口；操作時，定期排放不凝氣體，減少不凝時，定期排放不凝氣體，減少不凝氣體對氣體對 的影響。的影響。 液液膜膜氣氣膜膜twtstvl 流體的物性、冷凝壁面的尺寸和放置位置、冷凝傳流體的物性、冷凝壁面的尺寸和放置位置、冷凝傳熱溫度差等都是影響膜狀冷凝傳熱的因素，此外還熱溫度差等都是影響膜狀冷凝傳熱的因素，此外還有以下重要因素：有以下重要因素：（2）蒸汽流速與流向的影響）蒸汽流速

52、與流向的影響 當(dāng)當(dāng)u10m/s時，應(yīng)考慮蒸汽與液膜之間的摩擦作用力。時，應(yīng)考慮蒸汽與液膜之間的摩擦作用力。 蒸汽與液膜流向相同時，會加速液膜流動，使液膜變薄蒸汽與液膜流向相同時，會加速液膜流動，使液膜變薄,； 蒸汽與液膜流向相反時，會阻礙液膜流動，使液膜變厚蒸汽與液膜流向相反時，會阻礙液膜流動，使液膜變厚，；但；但u時，會吹散液膜，時，會吹散液膜，。 一般冷凝器設(shè)計時，蒸汽入口在其上部，此時蒸汽與液膜一般冷凝器設(shè)計時，蒸汽入口在其上部，此時蒸汽與液膜流向相同，有利于流向相同，有利于。（3）蒸汽過熱的影響）蒸汽過熱的影響蒸汽溫度高于操作壓強(qiáng)下的飽和溫度時稱為過熱蒸汽。蒸汽溫度高于操作壓強(qiáng)下的飽和

53、溫度時稱為過熱蒸汽。twts時，壁面無冷凝，此時為無相變的對流傳熱過程。時，壁面無冷凝，此時為無相變的對流傳熱過程。twts，則離開加，則離開加熱面的氣泡不再重新凝結(jié)。熱面的氣泡不再重新凝結(jié)。過冷沸騰過冷沸騰：tlts,加熱面上產(chǎn)加熱面上產(chǎn)生的氣泡在脫離之前、或脫生的氣泡在脫離之前、或脫離之后在液流主體中重新凝離之后在液流主體中重新凝結(jié)。結(jié)。 產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象的必要條件：產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象的必要條件： 液體過熱、有汽化核心液體過熱、有汽化核心過熱度：過熱度： t=tl-ts t=tw-tsA自然對流自然對流B B核狀沸騰核狀沸騰CD膜狀沸騰膜狀沸騰工業(yè)上一般維持沸騰裝置在核狀沸騰下工作（工業(yè)上一般維持沸

54、騰裝置在核狀沸騰下工作（ 大，大，tW?。Ｐ。?。轉(zhuǎn)折點轉(zhuǎn)折點C稱為臨界點（燒毀點），稱為臨界點（燒毀點），其對應(yīng)臨界值其對應(yīng)臨界值 tc、 c、qc。對于。對于常壓水在大容器內(nèi)沸騰時：常壓水在大容器內(nèi)沸騰時： tc=25 C、qc=1.25106W/m2。 (1)液體物性液體物性 液體的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、粘度、表面張力等對沸騰傳熱都有液體的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、粘度、表面張力等對沸騰傳熱都有影響。一般影響。一般 隨隨、的增大、的增大、和和的減少而增大。的減少而增大。 (2)溫度差溫度差t 在核狀沸騰區(qū)在核狀沸騰區(qū), C(t)m。式中。式中C和和m是根據(jù)液體種類、操是根據(jù)液體種類、操作壓強(qiáng)和壁面性質(zhì)而

55、定的常數(shù)，一般作壓強(qiáng)和壁面性質(zhì)而定的常數(shù)，一般m23。(3)操作壓強(qiáng)操作壓強(qiáng) 操作壓強(qiáng)操作壓強(qiáng)液體的飽和溫度液體的飽和溫度液體的表面張力液體的表面張力、粘度粘度 沸騰傳熱沸騰傳熱 ，在同樣的，在同樣的t下能得到更高的下能得到更高的 。 C(t)mpn(4)加熱面的狀況加熱面的狀況 清潔加熱面清潔加熱面 較高，較高，當(dāng)壁面被油脂沾污后當(dāng)壁面被油脂沾污后，會使，會使 急劇下降；急劇下降；壁面愈粗糙壁面愈粗糙，汽化核心愈多，有利于沸騰傳熱。，汽化核心愈多，有利于沸騰傳熱。加熱面的布置加熱面的布置對沸騰傳熱也有明顯影響，如在水平管束外沸騰對沸騰傳熱也有明顯影響，如在水平管束外沸騰時，其上升汽泡會覆蓋上

56、方管的一部分加熱面，導(dǎo)致管的平均時，其上升汽泡會覆蓋上方管的一部分加熱面，導(dǎo)致管的平均 下降。下降。此外，設(shè)備結(jié)構(gòu)、加熱面形狀、材料性質(zhì)以及液體深度等都會此外，設(shè)備結(jié)構(gòu)、加熱面形狀、材料性質(zhì)以及液體深度等都會對沸騰傳熱有影響。對沸騰傳熱有影響。a 采用機(jī)械加工或腐蝕的方法將金屬表面粗糙化。采用機(jī)械加工或腐蝕的方法將金屬表面粗糙化。 據(jù)報導(dǎo)，用這種方法制造的銅表面可提高沸騰給熱系數(shù)據(jù)報導(dǎo)，用這種方法制造的銅表面可提高沸騰給熱系數(shù)80%。b 在沸騰液體中加入某種少量的添加劑在沸騰液體中加入某種少量的添加劑（如（如Et-OH，丙酮等），丙酮等）改變液體的表面張力，可提高改變液體的表面張力，可提高20

57、100%。同時，添加劑還可。同時，添加劑還可以提高沸騰液體的臨界熱負(fù)荷。以提高沸騰液體的臨界熱負(fù)荷。(1) (1) 分析所處理的問題屬于哪一類，分析所處理的問題屬于哪一類，如：是強(qiáng)制對流或是自如：是強(qiáng)制對流或是自然對流，是否有相變化等。然對流，是否有相變化等。(2) (2) 特別注意所選用的公式被特別注意所選用的公式被規(guī)定的使用范圍規(guī)定的使用范圍，包括規(guī)定的，包括規(guī)定的特性尺寸、定性溫度等。特性尺寸、定性溫度等。(3) (3) 計算流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對流的對流傳熱系數(shù)時，計算流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制對流的對流傳熱系數(shù)時，由于事先不知是湍流、層流或過渡流，所以用試差法進(jìn)行計由于事先不知是湍流、

58、層流或過渡流，所以用試差法進(jìn)行計算，即算，即先假設(shè)流型，選用相應(yīng)的公式，先假設(shè)流型，選用相應(yīng)的公式，按公式規(guī)定的定性溫按公式規(guī)定的定性溫度查取物性數(shù)據(jù)，再計算度查取物性數(shù)據(jù)，再計算ReRe數(shù)，數(shù)，PrPr數(shù)，驗證假設(shè)是否正確。數(shù)，驗證假設(shè)是否正確。(4) (4) 注意公式中注意公式中物性數(shù)據(jù)的單位物性數(shù)據(jù)的單位，特別是經(jīng)驗式中的單位。，特別是經(jīng)驗式中的單位。 若傳熱推動力增加一倍，則下述幾種流動條件下傳若傳熱推動力增加一倍，則下述幾種流動條件下傳熱速率增加的倍數(shù)各為多少？熱速率增加的倍數(shù)各為多少？A圓管內(nèi)強(qiáng)制湍流增加圓管內(nèi)強(qiáng)制湍流增加_倍；倍；B大容積自然對流增加大容積自然對流增加_倍；倍；C

59、大容積飽和沸騰增加大容積飽和沸騰增加_倍；倍；D蒸汽膜狀冷凝增加蒸汽膜狀冷凝增加_倍；倍；一、熱量衡算一、熱量衡算二、傳熱平均溫度差二、傳熱平均溫度差 三、總傳熱系數(shù)三、總傳熱系數(shù) 四、壁溫的計算四、壁溫的計算 化工原理中所涉及的傳熱計算分兩類：化工原理中所涉及的傳熱計算分兩類：設(shè)計計算：設(shè)計計算：根據(jù)生產(chǎn)過程要求的傳熱量和其它工藝條根據(jù)生產(chǎn)過程要求的傳熱量和其它工藝條件，確定換熱器的傳熱面積，進(jìn)而設(shè)計或選用合適的件，確定換熱器的傳熱面積，進(jìn)而設(shè)計或選用合適的換熱器；換熱器；操作計算：操作計算：對給定的換熱器計算其在一定操作條件下對給定的換熱器計算其在一定操作條件下的傳熱量、流體的流量、溫度或

60、某項參數(shù)變化時對其的傳熱量、流體的流量、溫度或某項參數(shù)變化時對其傳熱能力的影響等。傳熱能力的影響等。兩者計算的依據(jù)：熱量衡算方程和傳熱速率方程。兩者計算的依據(jù)：熱量衡算方程和傳熱速率方程。在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，傳熱速率在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，傳熱速率Q與傳熱面積與傳熱面積A和兩流體和兩流體的溫度差的溫度差tm成正比。即成正比。即傳熱速率方程式傳熱速率方程式為：為：熱熱阻阻推推動動力力 KAttKAQmm1熱流體熱流體qm1, cp1, T1,H1T2 H2冷流體冷流體qm2, cp2, t1,h1t2 h2無熱損失：放吸QQ無相變時：無相變時： 12222111122211ttcqTTcqQhhqHHq