四第四章傳熱ppt課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 第四章第四章 傳傳 熱熱 一、傳熱過程的運(yùn)用一、傳熱過程的運(yùn)用1 1物料的加熱或冷卻物料的加熱或冷卻2 2熱量與冷量的回收利用熱量與冷量的回收利用 3 3設(shè)備與管路的保溫設(shè)備與管路的保溫二、傳熱的根本方式二、傳熱的根本方式 一熱傳導(dǎo)一熱傳導(dǎo) 氣體氣體 分子做不規(guī)那么熱運(yùn)動時(shí)相互碰撞的結(jié)果分子做不規(guī)那么熱運(yùn)動時(shí)相互碰撞的結(jié)果 固體固體 導(dǎo)電體：自在電子在晶格間的運(yùn)動導(dǎo)電體：自在電子在晶格間的運(yùn)動 非導(dǎo)電體：經(jīng)過晶格構(gòu)造的振動實(shí)現(xiàn)非導(dǎo)電體：經(jīng)過晶格構(gòu)造的振動實(shí)現(xiàn) 液體液體 機(jī)理復(fù)雜機(jī)理復(fù)雜特點(diǎn)：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒有物質(zhì)的宏觀位移特點(diǎn)：靜止介質(zhì)中的傳熱，沒有物質(zhì)的宏觀位移

2、二熱對流二熱對流 三熱輻射三熱輻射 物體因熱的緣由發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。物體因熱的緣由發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射。 自然對流：由于流體內(nèi)溫度不同呵斥的浮升力自然對流：由于流體內(nèi)溫度不同呵斥的浮升力 引起的流動。引起的流動。 強(qiáng)迫對流：流體受外力作用而引起的流動。強(qiáng)迫對流：流體受外力作用而引起的流動。 能量轉(zhuǎn)移、能量方式的轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)移、能量方式的轉(zhuǎn)化 不需求任何物質(zhì)作媒介不需求任何物質(zhì)作媒介 特點(diǎn)：流動介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運(yùn)動特點(diǎn)：流動介質(zhì)中的傳熱，流體作宏觀運(yùn)動三、兩流體經(jīng)過間壁換熱過程三、兩流體經(jīng)過間壁換熱過程 冷流體冷流體t1t2熱流體熱流體T1T2一間壁式換熱器一間壁式換熱器夾

3、套式換熱器夾套式換熱器傳熱速率傳熱速率Q熱流量：單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過換熱器的熱流量：單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過換熱器的整個(gè)傳熱面?zhèn)魉偷臒崃浚瑔挝徽麄€(gè)傳熱面?zhèn)魉偷臒崃?，單?J/s或或W。熱流密度熱流密度q 熱通量熱通量 ：單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單位傳：單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單位傳熱面積傳送的熱量，單位熱面積傳送的熱量，單位 J/(s. m2)或或W/m2。二傳熱速率與熱流密度二傳熱速率與熱流密度AQq 非穩(wěn)態(tài)傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱 ,zyxftqQ 三穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱三穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)傳熱 穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱 zyxftqQ, 0 t管管壁壁內(nèi)內(nèi)側(cè)側(cè)熱熱流流體體對對流流)(1)1(Q四兩流體經(jīng)過間壁的傳熱過程四兩流體經(jīng)過間壁的傳熱過程t2t

4、1T1T2對流對流對流對流 傳導(dǎo)傳導(dǎo)冷冷流流體體Q熱熱流流體體管壁外側(cè)管壁外側(cè)管壁內(nèi)側(cè)管壁內(nèi)側(cè)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo))(2)2(Q冷流體冷流體管壁外側(cè)管壁外側(cè)對流對流)(3)3(Q穩(wěn)態(tài)傳熱：穩(wěn)態(tài)傳熱：QQQQ 321式中式中 tm兩流體的平均溫度差，兩流體的平均溫度差，或或K； A傳熱面積，傳熱面積，m2； K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/(m2)或或W/(m2K)?？偪偀釤嶙枳杩偪倐鱾鳠釤嵬仆苿觿恿α?KAttKAQ/1mm五總傳熱速率方程五總傳熱速率方程一、傅立葉定律一、傅立葉定律溫度場：某時(shí)辰，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。溫度場：某時(shí)辰，物體或空間各點(diǎn)的溫度分布。 一溫度場和等溫面一溫度場和等溫面非穩(wěn)

5、態(tài)溫度場非穩(wěn)態(tài)溫度場 ,zyxft 穩(wěn)態(tài)溫度場穩(wěn)態(tài)溫度場 zyxft,等溫面：在同一時(shí)辰，溫度場中一切溫度一樣的點(diǎn)等溫面：在同一時(shí)辰，溫度場中一切溫度一樣的點(diǎn) 組成的面。組成的面。 第二節(jié)第二節(jié) 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)不同溫度的等溫面不相交。不同溫度的等溫面不相交。二溫度梯度二溫度梯度 ntnttgradn 0limn n xt+ttxnt Q 方向：法線方向，以溫度添加的方向?yàn)檎?。方向：法線方向，以溫度添加的方向?yàn)檎?。三傅立葉定律三傅立葉定律ntAQ dd 式中式中 dQ 熱傳導(dǎo)速率，熱傳導(dǎo)速率，W或或J/s； dA 導(dǎo)熱面積，導(dǎo)熱面積，m2； t/n 溫度梯度，溫度梯度，/m或或K/m； 導(dǎo)熱系數(shù)，

6、導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m)或或W/(mK)。 負(fù)號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反負(fù)號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反二、熱導(dǎo)率二、熱導(dǎo)率 ntqntdAdQ / 在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量 = f(構(gòu)造構(gòu)造, 組成組成, 密度密度, 溫度溫度, 壓力壓力 金屬固體金屬固體 非金屬固體非金屬固體 液體液體 氣體氣體 表征資料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)表征資料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)1.1.固體熱導(dǎo)率固體熱導(dǎo)率 金屬資料金屬資料 10102 W/(mK) 建筑資料建筑資料 10-110 W/(mK) 絕熱資料絕熱資料 10-210-1 W/(mK)1(0at 在一定溫度范圍內(nèi)：

7、在一定溫度范圍內(nèi)：對大多數(shù)金屬資料對大多數(shù)金屬資料a 0 ， t 2.2.液體熱導(dǎo)率液體熱導(dǎo)率 金屬液體金屬液體較高，非金屬液體較高，非金屬液體低；低； 非金屬液體水的非金屬液體水的最大；最大； 水和甘油：水和甘油：t ， 其它液體：其它液體：t ，0.090.6 W/(mK)3.3.氣體熱導(dǎo)率氣體熱導(dǎo)率 t ， 普通情況下，普通情況下，隨隨p的變化可忽略；的變化可忽略； 氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。氣體不利于導(dǎo)熱，有利于保溫或隔熱。0.0060.4 W/(mK)t1t2btxdxQ三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)三、平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 一單層平壁熱傳導(dǎo)一單層平壁熱傳導(dǎo) 假設(shè)：假設(shè)：資料均勻，資料均勻

8、，為常數(shù)；為常數(shù)；一維溫度場，一維溫度場，t沿沿x變化；變化； A/b很大，忽略端損失。很大，忽略端損失。xtAntAQdd 210ttbAdtQdx )(21ttbAQ 積分：積分：熱阻熱阻推動力推動力 RtAbttQ 21 二多層平壁熱傳導(dǎo)二多層平壁熱傳導(dǎo)假設(shè)：假設(shè)：各層接觸良好，接觸面各層接觸良好，接觸面兩側(cè)溫度一樣。兩側(cè)溫度一樣。t1t2b11txb2 b323t2t4t3AbttAbttAbttQ334322321121 總熱阻總熱阻總推動力總推動力 iRttAbAbAbttt41332211321 321332211433221:RRRAbAbAbtttttt 各層的溫差各層的溫差

9、結(jié)論：結(jié)論： 多層平壁熱傳導(dǎo)，總推進(jìn)力為各層推進(jìn)力之和，總多層平壁熱傳導(dǎo)，總推進(jìn)力為各層推進(jìn)力之和，總熱阻為各層熱阻之和；熱阻為各層熱阻之和； 各層溫差與熱阻成正比。各層溫差與熱阻成正比。推行至推行至n層：層： niiinniiiAbttAbtQ1111 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) 一單層圓筒壁的熱傳導(dǎo)一單層圓筒壁的熱傳導(dǎo) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：傳熱面積隨半徑變傳熱面積隨半徑變化，化， A=2rl(2) 一維溫度場，一維溫度場，t沿沿r變化。變化。在半徑在半徑r處取處取dr同心薄層圓筒同心薄層圓筒rtrlrtAQdddd 2 積分積分 21212ttrrrldtQdr 1221ln)(

10、2rrttlQ 討論：討論：RttlrrttQ2112212ln 1212ln2AAAAlrAmm 12rrb 對數(shù)平均面積對數(shù)平均面積熱阻熱阻1212122lnrrrrlrrR 令令1212lnrrrrrm 對數(shù)平均半徑對數(shù)平均半徑mAb mAbttQ 21 rr212普通普通 時(shí)，時(shí)，221rrrm 二多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)二多層圓筒壁的熱傳導(dǎo) 31141343432323212121ln1)(2ln1)(2ln1)(2ln1)(2iiiirrttlrrttlrrttlrrttlQ 三層：三層：n層圓筒壁：層圓筒壁： niinniiiinniiiinRttAbttrrttlQ111111111

11、1ln1)(2m 一、對流傳熱過程一、對流傳熱過程第三節(jié)第三節(jié) 對流傳熱對流傳熱dAqm2， t2qm1，T1qm2，t1 qm1， T2ttWTWTA2A1傳熱壁傳熱壁冷流體冷流體熱流體熱流體 T t 湍流主體湍流主體溫度梯度小，熱對流為溫度梯度小，熱對流為主主 層流內(nèi)層層流內(nèi)層溫度梯度大，熱傳導(dǎo)為溫度梯度大，熱傳導(dǎo)為主主 過渡區(qū)域過渡區(qū)域熱傳導(dǎo)、熱對流均起作熱傳導(dǎo)、熱對流均起作用用式中式中 Q 對流傳熱速率，對流傳熱速率，W； 1 、 2 熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)，熱、冷流體的對流傳熱系數(shù)， W/(m2K)； T 、TW、t、tW 熱、冷流體的平均溫度及熱、冷流體的平均溫度及 平均壁溫，平

12、均壁溫，。 )(11WTTAQ )(22ttAQW 冷流體：冷流體：熱流體：熱流體：牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律一影響要素一影響要素2.引起流動的緣由引起流動的緣由自然對流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。自然對流：由于流體內(nèi)部密度差而引起流體的流動。強(qiáng)迫對流：由于外力和壓差而引起的流動。強(qiáng)迫對流：由于外力和壓差而引起的流動。 強(qiáng)迫強(qiáng)迫 自然自然 二、對流傳熱系數(shù)的影響要素二、對流傳熱系數(shù)的影響要素1.1.流動形狀流動形狀 湍流湍流 層流層流 自然對流的產(chǎn)生：自然對流的產(chǎn)生：設(shè)設(shè) 熱處：熱處：t2，2； 冷處：冷處：t1，1 體積膨脹系數(shù)，體積膨脹系數(shù)，1/ C.tVVV 112 )1(12t

13、VV 或或而而22 mV 11 mV 得：得：或或)1(21t ) t1(1112 由溫度差而產(chǎn)生的單位體積的升力：由溫度差而產(chǎn)生的單位體積的升力： tggtg 22221)1(加熱板加熱板冷卻板冷卻板5. 能否發(fā)生相變能否發(fā)生相變 相變相變 無相變無相變4. 傳熱面的外形，大小和位置傳熱面的外形，大小和位置 外形外形管、板、管束等；管、板、管束等； 大小大小管徑、管長、板厚等；管徑、管長、板厚等； 位置位置管子的陳列方式，垂直或程度放置。管子的陳列方式，垂直或程度放置。3.流體的物性流體的物性 ，cp 三、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式三、對流傳熱的特征數(shù)關(guān)系式變量數(shù)變量數(shù) 8個(gè)個(gè)根本因次根本因次

14、4個(gè)：長度個(gè)：長度L，時(shí)間，時(shí)間T，質(zhì)量，質(zhì)量M，溫度，溫度無量綱特征數(shù)無量綱特征數(shù)8-4=4),(LtgCufp無相變時(shí)無相變時(shí)1. 努塞爾特努塞爾特Nusselt 數(shù)數(shù) LNu 表示對流傳熱系數(shù)的特征數(shù)表示對流傳熱系數(shù)的特征數(shù)2. 雷諾雷諾Reynolds數(shù)數(shù) uL Re反映流體的流動形狀反映流體的流動形狀對對流傳熱的影響對對流傳熱的影響3. 普蘭特普蘭特Prandtl數(shù)數(shù) Cp Pr反映流體的物性對對流傳反映流體的物性對對流傳熱的影響熱的影響4. 格拉斯霍夫格拉斯霍夫Grashof準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)223 tgLGr 表示自然對流對對流傳熱表示自然對流對對流傳熱的影響的影響普通方式：普通方式：Nu

15、=f (Re, Pr, Gr)簡化：強(qiáng)迫對流簡化：強(qiáng)迫對流 Nu=f (Re, Pr) 自然對流自然對流 Nu=f (Pr, Gr)運(yùn)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)留意：運(yùn)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)留意：1. 運(yùn)用范圍運(yùn)用范圍2. 特征尺寸特征尺寸3. 定性溫度定性溫度強(qiáng)迫對流強(qiáng)迫對流自然對流自然對流無相變無相變有相變有相變蒸汽冷凝蒸汽冷凝液體沸騰液體沸騰四、無相變時(shí)對流傳熱系數(shù)的閱歷關(guān)聯(lián)式四、無相變時(shí)對流傳熱系數(shù)的閱歷關(guān)聯(lián)式一流體在管內(nèi)作強(qiáng)迫對流一流體在管內(nèi)作強(qiáng)迫對流1. 圓形直管內(nèi)的強(qiáng)迫湍流圓形直管內(nèi)的強(qiáng)迫湍流nmCNuPrRe nNuPrRe023. 08 . 0 流體被加熱流體被加熱 n=0.4流體被冷卻流體被冷

16、卻 n=0.31運(yùn)用范圍：運(yùn)用范圍：Re 104, Pr=0.7160, L/d 60, 氣體或低粘度的液體氣體或低粘度的液體2 水水2定性溫度：流體進(jìn)出口的算術(shù)平均定性溫度：流體進(jìn)出口的算術(shù)平均 值值3特征尺寸：管內(nèi)徑特征尺寸：管內(nèi)徑討論：討論：1加熱與冷卻的差別：加熱與冷卻的差別： ,WRettt加加熱熱液體液體3 . 04 . 0, 1,PrPrPr 液液體體冷冷卻卻加加熱熱 氣體氣體 , Ret加加熱熱3 . 04 . 0, 1,PrPrPr 氣氣體體冷冷卻卻加加熱熱 2 . 08 . 08 . 018 . 08 . 0023. 0)()(023. 0duCpCpuddnnnn物性一定

17、時(shí)：物性一定時(shí)：2 .08 .0du2影響要素：影響要素：公式修正：公式修正：1當(dāng)當(dāng)L/d 2 水水14. 0)(PrRe027. 033. 08 . 0WNu工程處置：工程處置：加熱：加熱：冷卻：冷卻：05.1)(14.0 W 95.0)(14.0 W 7 . 011 ld 3 彎管彎管彎彎管管的的曲曲率率半半徑徑）（直直彎彎直直彎彎 RRd77. 11 4非圓形管道非圓形管道neeuddPr)(023. 08 . 0 實(shí)實(shí) 用當(dāng)量直徑計(jì)算。用當(dāng)量直徑計(jì)算。2. 圓形直管內(nèi)流體處于過渡區(qū)時(shí)的對流傳熱系數(shù)圓形直管內(nèi)流體處于過渡區(qū)時(shí)的對流傳熱系數(shù) 8 . 15Re1061 ff校正系數(shù)校正系數(shù)湍

18、湍過過湍湍過過 2300 Re 1043. 圓形直管內(nèi)強(qiáng)迫層流圓形直管內(nèi)強(qiáng)迫層流1隨熱流方向不同，隨熱流方向不同，速度分布情況不同；速度分布情況不同；2自然對流呵斥了自然對流呵斥了徑向流動，強(qiáng)化了對徑向流動，強(qiáng)化了對流傳熱過程。流傳熱過程。對于液體對于液體14. 031)()Pr(Re86. 1WLdNu 自然對流可以忽略：自然對流可以忽略： Gr 25000Gr25000 乘校正因子：乘校正因子： )Gr.(.f310150180 適用范圍：適用范圍：10)Pr(Re Ld670060 Pr.Re2300 定性溫度：定性溫度：221tttm 特征尺寸：管內(nèi)徑特征尺寸：管內(nèi)徑二流體在管外強(qiáng)迫對

19、流傳熱二流體在管外強(qiáng)迫對流傳熱1. 流體在管束外垂直流過流體在管束外垂直流過 運(yùn)用范圍：運(yùn)用范圍：Re=500070000; x1/d=1.25; x2/d=1.25 特征尺寸：管外徑；流速取各排最窄通道處特征尺寸：管外徑；流速取各排最窄通道處 定性溫度：進(jìn)、出口溫度平均值定性溫度：進(jìn)、出口溫度平均值Nu=C Ren Pr0.4112212nnmn A A AAAA 平均對流傳熱系數(shù)：平均對流傳熱系數(shù)：2流體在換熱器管間的流動流體在換熱器管間的流動折流擋板方式：圓缺形、圓環(huán)形折流擋板方式：圓缺形、圓環(huán)形設(shè)置折流擋板目的：設(shè)置折流擋板目的：添加殼程流體的湍動程度，進(jìn)而提高殼程的添加殼程流體的湍動

20、程度，進(jìn)而提高殼程的。圓缺形折流擋板：圓缺形折流擋板： 14. 03/155. 0PrRe36. 0 WNu 定性溫度：定性溫度：221tttm 運(yùn)用范圍：運(yùn)用范圍：Re=2Re=2103103106106正方形陳列：正方形陳列：正三角形陳列：正三角形陳列：特征尺寸：特征尺寸：1當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑de0202)785. 0(4ddtde 0202)785. 023(4ddtde d0tt2流速流速u按流通截面最大處的截面計(jì)算：按流通截面最大處的截面計(jì)算：式中式中 h兩塊折流擋板間間隔，兩塊折流擋板間間隔，m； D換熱器殼徑，換熱器殼徑，m；)1(0tdhDS 三自然對流時(shí)的對流傳熱系數(shù)三自然對流

21、時(shí)的對流傳熱系數(shù)nGrCNu)(Pr定性溫度：膜溫定性溫度：膜溫tm+tw/2特征尺寸：垂直的管或板為高度特征尺寸：垂直的管或板為高度H 程度管為管外徑程度管為管外徑d0各種情況下的各種情況下的C C、n n值及特征尺寸不同。值及特征尺寸不同。 1. 蒸汽冷凝方式蒸汽冷凝方式五、流體有相變時(shí)的對流傳熱五、流體有相變時(shí)的對流傳熱 滴滴 膜膜 1膜狀冷凝膜狀冷凝2滴狀冷凝滴狀冷凝冷凝過程的熱阻冷凝過程的熱阻冷凝液膜冷凝液膜一蒸汽冷凝時(shí)的對流傳熱一蒸汽冷凝時(shí)的對流傳熱2. 膜狀冷凝時(shí)的對流傳熱系數(shù)膜狀冷凝時(shí)的對流傳熱系數(shù)1程度管束外程度管束外41032327250 tdngr /.2Wsttt 定性

22、溫度：定性溫度：tStSr r，其它膜溫，其它膜溫 n程度管束在垂直列上的管數(shù)程度管束在垂直列上的管數(shù)r比汽化熱比汽化熱2蒸汽在垂直管外或垂直板上冷凝蒸汽在垂直管外或垂直板上冷凝4Re44memqSdu SqM qm冷凝液量，冷凝液量，kg/sM冷凝負(fù)荷，冷凝負(fù)荷，kg/s.m層流層流413213. 1 tlgr Re1800湍流湍流4 . 0312320077. 0Reg 特性尺寸：管或板高特性尺寸：管或板高H定性溫度：膜溫定性溫度：膜溫 3.影響要素和強(qiáng)化措施影響要素和強(qiáng)化措施(1) 液體物性液體物性 ， ， r (2) 不凝氣體不凝氣體 不凝氣體存在，導(dǎo)致不凝氣體存在，導(dǎo)致 ，需定期排放

23、。，需定期排放。(3)蒸汽流速與流向蒸汽流速與流向 u10m/s 同向時(shí)，同向時(shí)， t ， ；反向時(shí)，；反向時(shí)， t ， ； u ，(4) 蒸汽過熱蒸汽過熱 r=r+cp(tv-ts) 影響較小影響較小(5) 強(qiáng)化措施：強(qiáng)化措施： 目的：減少冷凝液膜的厚度目的：減少冷凝液膜的厚度 程度管束：減少垂直方向上管數(shù)，采用錯(cuò)列；程度管束：減少垂直方向上管數(shù)，采用錯(cuò)列；垂直板或管：開縱向溝槽，或在壁外裝金屬絲。垂直板或管：開縱向溝槽，或在壁外裝金屬絲。二液體沸騰時(shí)的對流傳熱二液體沸騰時(shí)的對流傳熱大容積沸騰大容積沸騰 管內(nèi)沸騰管內(nèi)沸騰1. 沸騰景象沸騰景象在粗糙加熱面的細(xì)小凹縫處：在粗糙加熱面的細(xì)小凹縫處

24、：汽化中心汽化中心 生成汽泡生成汽泡 長大長大 脫離壁面脫離壁面新汽泡構(gòu)成新汽泡構(gòu)成攪動液層攪動液層沸騰必要條件：沸騰必要條件： 過熱度過熱度 t=t=t ttsts00 存在汽化中心存在汽化中心 推進(jìn)力推進(jìn)力 twts 沸騰三個(gè)階段：沸騰三個(gè)階段：自然對流、核狀沸騰、自然對流、核狀沸騰、膜狀沸騰膜狀沸騰 工業(yè)上采用核狀沸騰工業(yè)上采用核狀沸騰 大，大，tW小小水沸騰曲線水沸騰曲線2. 影響要素及強(qiáng)化措施影響要素及強(qiáng)化措施1液體的性質(zhì)液體的性質(zhì) ,2溫度差溫度差 核狀沸騰階段核狀沸騰階段: t2.5， t 3操作壓力操作壓力stp4加熱面加熱面 新的、干凈的、粗糙的加熱面，新的、干凈的、粗糙的加

25、熱面，大大 5強(qiáng)化措施強(qiáng)化措施 外表粗糙化：將外表腐蝕，燒結(jié)金屬粒；外表粗糙化：將外表腐蝕，燒結(jié)金屬粒； 加外表活性劑乙醇、丙酮等加外表活性劑乙醇、丙酮等 第四節(jié)第四節(jié) 傳熱過程計(jì)算傳熱過程計(jì)算總傳熱速率方程總傳熱速率方程式中式中 Q傳熱速率，傳熱速率，W； tm兩流體的平均溫度差，兩流體的平均溫度差，； A傳熱面積，傳熱面積，m2； K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/(m2) 。m mQKAt 一恒溫傳熱一恒溫傳熱t(yī)Tt m二變溫傳熱二變溫傳熱 tm與流體流向有關(guān)與流體流向有關(guān)一、傳熱平均溫度差一、傳熱平均溫度差逆流逆流并流并流錯(cuò)流錯(cuò)流折流折流1. 逆流與并流逆流與并流t2t1T1T2t1t2T

26、1T2 t2tAt1T2T1逆流逆流 t2tAt1T2T1并流并流以逆流為例推導(dǎo)以逆流為例推導(dǎo)tm假設(shè)：假設(shè)：1穩(wěn)態(tài)流動，穩(wěn)態(tài)流動，qm1、 qm2為常數(shù)；為常數(shù)； 2cp1、cp2為常數(shù)；為常數(shù)； 3K沿管長不變化；沿管長不變化； 4熱損失忽略不計(jì)。熱損失忽略不計(jì)。AT2t1t2T1dTdtdA t2 t1 t=T-t對于微元：對于微元：11mpdQqc dT 22mpdQqc dt 11.mpdQqcConstdT 22.mpdQqcConstdt T1T2t2t1Q1t 2t tTt QttdQtd12)( 而而)(tTKdAdQ QtttdAKtd12)( dAQtttKtd12)(

27、AttdAQttttdK01221)(1AQttttK1212ln1 mtKAttttKAQ 1212ln1212lntttttm 逆流、并流均適用；逆流、并流均適用； 當(dāng)當(dāng)t2/t12，那么可用算術(shù)平均值。，那么可用算術(shù)平均值。對數(shù)平均溫度差對數(shù)平均溫度差逆逆mmtt ),(流流型型RPf 1221ttTTR 冷冷流流體體溫溫升升熱熱流流體體溫溫降降1112tTttP 兩兩流流體體初初溫溫差差冷冷流流體體溫溫升升2. 錯(cuò)流與折流錯(cuò)流與折流查圖查圖 1 tm 0.9假設(shè)假設(shè) 0.8，溫差損失大，傳熱不穩(wěn)定；，溫差損失大，傳熱不穩(wěn)定； 應(yīng)改動流型應(yīng)改動流型三流向的選擇三流向的選擇1. 所需傳熱面

28、積所需傳熱面積并并并并逆逆逆逆mmtKAtKAQ 逆逆并并mmtt 并并逆逆AA 逆流優(yōu)于并流。逆流優(yōu)于并流。2. 載熱體耗費(fèi)量載熱體耗費(fèi)量t1t2T1T1T2并并T2逆逆加熱義務(wù)：加熱義務(wù)：t1t2T2并并min=t2T2逆逆min=t1逆逆并并)()(2121TTTT 1111()()mPmPqcqc 并并逆逆 逆流優(yōu)于并流。逆流優(yōu)于并流。3. 溫度差分布溫度差分布逆流時(shí)的溫度差分布更均勻。逆流時(shí)的溫度差分布更均勻。T2并流并流T1t1t2t1t2T1T2逆流逆流4. 并流操作適用于熱敏性物料、粘稠物料等的加熱，并流操作適用于熱敏性物料、粘稠物料等的加熱， 或消費(fèi)工藝要求溫度不能過高或過低

29、的場所?；蛳M(fèi)工藝要求溫度不能過高或過低的場所。二、總傳熱系數(shù)二、總傳熱系數(shù)AKtTtTAKQd1)(dd K總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/(m2K)twTw管內(nèi)對流管內(nèi)對流管外對流管外對流導(dǎo)熱導(dǎo)熱冷冷流流體體熱熱流流體體tTdQdQ1dQ3dQ2一總傳熱系數(shù)計(jì)算一總傳熱系數(shù)計(jì)算 管內(nèi)對流管內(nèi)對流)(ddw223ttAQ )(ddw111TTAQ 管外對流管外對流)(ddwwm2tTbAQ 管壁熱傳導(dǎo)管壁熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱 321ddddQQQQ 22wmww11wd1dd1dAttAbtTATTQ 22m11d1dd1AAbAtT 22m11d1dd1d1AAbAAK 1平壁平壁 dA=d

30、A1=dA2=dAm21111 bK討論：討論：2以外外表為基準(zhǔn)以外外表為基準(zhǔn) (dA=dA1) 212m111dd1dd11AAAAbK 212m111111ddddbKdlA K1以外外表為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)，以外外表為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)，W/(m2.K)dm對數(shù)平均直徑，對數(shù)平均直徑，m2121mln/ )(ddddd 2m21212111 ddbddK以內(nèi)外表為基準(zhǔn)：以內(nèi)外表為基準(zhǔn)：d1/d2A計(jì)計(jì) 或或 Q換換 Q需求，需求， 換熱器換熱器適宜。適宜。 二、操作型計(jì)算二、操作型計(jì)算1知：換熱器知：換熱器A， qm1、T1， qm2 、t1 求：出口求：出口T2、t22知：換熱器知：換熱器

31、A， qm1、T1， T2 、t1 求：求：qm2、 t2留意：列管式換熱器中留意：列管式換熱器中流通面積流通面積224dnA 流通流通傳熱面積傳熱面積ldnA1 傳傳熱熱一、根本概念一、根本概念1. 輻射：物體經(jīng)過電磁波來傳送能量的過程。輻射：物體經(jīng)過電磁波來傳送能量的過程。2. 熱輻射：物體由于熱的緣由以電磁波的方式向熱輻射：物體由于熱的緣由以電磁波的方式向 外發(fā)射能量的過程。外發(fā)射能量的過程。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 能量方式的轉(zhuǎn)換能量方式的轉(zhuǎn)換 不需求任何介質(zhì)不需求任何介質(zhì)第五節(jié)第五節(jié) 熱熱 輻輻 射射QQQNQ能量守恒定律：能量守恒定律：QQQQ 吸收率吸收率 反射率反射率 穿透率穿透率 QQ

32、 QQ QQ 1 DRA 3. 物體對熱輻射的作用物體對熱輻射的作用總能量總能量Q；被物體吸收；被物體吸收Q ；被反射；被反射Q ；穿過物體；穿過物體Q 黑體：黑體：1 白體白體(鏡體鏡體)：1 透熱體：透熱體：1 灰體：以一樣的吸收率吸收一切波長輻射能的物體灰體：以一樣的吸收率吸收一切波長輻射能的物體固體、液體：固體、液體： =0 + =1 氣體：氣體： =0 + =1二、物體的輻射才干二、物體的輻射才干 物體在一定溫度下，單位外表積、單位時(shí)間內(nèi)物體在一定溫度下，單位外表積、單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的全部輻射能所發(fā)射的全部輻射能(波長從波長從0到到), E表示表示, W/m2 黑體輻射常數(shù)黑體輻射常

33、數(shù), 5.669 10-8W/(m2 .K4)一黑體一黑體4bET 斯蒂芬斯蒂芬-波爾茨曼定律波爾茨曼定律四次方定律闡明，熱輻射對溫度特別敏感四次方定律闡明，熱輻射對溫度特別敏感4()100bTC Cb黑體輻射系數(shù)黑體輻射系數(shù), 5.669W/(m2 .K4) 二實(shí)踐物體二實(shí)踐物體黑度：黑度： bEE T2 1 2=1E1Eb1-1Eb 1Eb 灰體灰體 黑體黑體 克希霍夫定律克希霍夫定律 結(jié)論：結(jié)論：1物體的輻射才干越強(qiáng)，其吸收率越大物體的輻射才干越強(qiáng)，其吸收率越大2= 同溫度下，物體的吸收率與黑度數(shù)值上相等同溫度下，物體的吸收率與黑度數(shù)值上相等3 ，E Eb在任何溫度下、各種物體中以黑體的

34、輻射才干為最大在任何溫度下、各種物體中以黑體的輻射才干為最大一輻射傳熱速率一輻射傳熱速率四、兩固體間的相互輻射四、兩固體間的相互輻射44121 21 2()() 100100TTQCA 1 212bCC 兩面積無限大的平行平板兩面積無限大的平行平板兩平面有限大的平行平板兩平面有限大的平行平板1 212111bCC 1 1 一物體被另一物體包圍一物體被另一物體包圍1 1 2112211(1)bCCAA 假設(shè)外圍為黑體，假設(shè)外圍為黑體， 1=1 或或 A2 A1，那么那么 C1-2=C1=Cb1 1. 溫度的影響溫度的影響 T4；低溫可忽略，高溫能夠成為主要方式；低溫可忽略，高溫能夠成為主要方式

35、2. 幾何位置的影響幾何位置的影響 3. 外表黑度的影響外表黑度的影響 ，可經(jīng)過改動，可經(jīng)過改動大小強(qiáng)化或減小輻射傳熱大小強(qiáng)化或減小輻射傳熱 4. 輻射外表間介質(zhì)的影響輻射外表間介質(zhì)的影響 減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板減小輻射散熱，在兩換熱面加遮熱板 小熱屏小熱屏二影響輻射傳熱的主要要素二影響輻射傳熱的主要要素五、高溫設(shè)備及管道的熱損失五、高溫設(shè)備及管道的熱損失對流：對流： )(WWCCttAQ 輻射：輻射： 44WW21R)100()100(TTACQ 令令=1 =1 )()100()100(WWRWW44WW21RttAttttTTACQ 總熱損失：總熱損失： )()()(WWTWWR

36、CRCttAttAQQQ T對流對流-輻射結(jié)合傳熱系數(shù)，輻射結(jié)合傳熱系數(shù)，W/(m2.K) 1空氣自然對流，空氣自然對流，tW5m/s )(07. 08 . 9WTtt 平壁保溫層外平壁保溫層外u2 . 42 . 6T 空氣速度空氣速度u 50 時(shí)，需思索溫度時(shí)，需思索溫度熱補(bǔ)償。根據(jù)熱補(bǔ)償方式不同，列管式換熱器分為：熱補(bǔ)償。根據(jù)熱補(bǔ)償方式不同，列管式換熱器分為：2. 浮頭式浮頭式特點(diǎn)：可完全消除熱應(yīng)力特點(diǎn)：可完全消除熱應(yīng)力,便于清洗和檢修便于清洗和檢修, 構(gòu)造復(fù)雜構(gòu)造復(fù)雜3. U型管式型管式特點(diǎn)：構(gòu)造較浮頭簡單；但管程不易清洗。特點(diǎn)：構(gòu)造較浮頭簡單；但管程不易清洗。三、列管換熱器的選用三、列管換熱器的選用1. 根據(jù)工藝義務(wù)，計(jì)算熱負(fù)荷根據(jù)工藝義務(wù)，計(jì)算熱負(fù)荷2. 計(jì)算計(jì)算tm3. 根據(jù)閱歷選取根據(jù)閱歷選取K，估算，估算A4. 確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程，選定確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程，選定u 先按單殼程多管程計(jì)算，假設(shè)先按單殼程多管程計(jì)算，假設(shè)0.8，應(yīng)添，應(yīng)添加殼程數(shù)；加殼程數(shù)； 由由u和和qm估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)估算單管程的管子根數(shù)，由管子根數(shù)和估算的和估算的A，估算管子長度，再由系列規(guī)范選適，估算管子長度，再由系列規(guī)范選適當(dāng)型號的換熱器。當(dāng)型號的換熱器。5. 核算核算K 分別計(jì)算管程和殼程的分別計(jì)算管程和殼程的，確定垢阻，求，確定垢阻，求出出K，并