熱工基礎(chǔ)與設(shè)備第2章-傳熱

1、第二章 傳 熱 導(dǎo)導(dǎo) 熱熱 對(duì)流換熱對(duì)流換熱 輻射換熱輻射換熱 綜合傳熱綜合傳熱mCntntgradnt/lim00)(lim0ngradntnttn0t0t0Q0Q基本概念傳熱的幾種方式及基本特點(diǎn) 定 義: 指物體各部分無(wú)相對(duì)位移或不同物體的直接接觸，依靠物質(zhì)的分子、原子、自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象。導(dǎo)熱導(dǎo)熱xtqFxtQdxtdqddFxtdQxtq400c600 c800 c1000 c1200 c9.28.0導(dǎo)熱導(dǎo)熱bttt001o如粘土磚、硅磚、剛玉、紅磚如粘土磚、硅磚、剛玉、紅磚o如高鋁磚、鎂磚、碳化硅磚如高鋁磚、鎂磚、碳化硅磚 t t 時(shí)

2、的熱導(dǎo)率時(shí)的熱導(dǎo)率 0 0時(shí)的熱導(dǎo)率時(shí)的熱導(dǎo)率b,實(shí)驗(yàn)常數(shù)，實(shí)驗(yàn)常數(shù)，1/ 導(dǎo)熱導(dǎo)熱,t,t,t度、溫度）種類、結(jié)構(gòu)、濕度、密(f導(dǎo)熱導(dǎo)熱一維穩(wěn)定導(dǎo)熱dxdtq21ttq，const（1）112txtttx導(dǎo)熱導(dǎo)熱const（2）dxdtqtt10avavtttttq210211121012qxttx21ttq導(dǎo)熱導(dǎo)熱R=85090o230溫度降溫度降熱阻熱阻溫度降溫度降熱阻熱阻導(dǎo)熱導(dǎo)熱電壓降電壓降電阻電阻RUUI2121ttqFttQ2112111211tRttFttQ導(dǎo)熱導(dǎo)熱23222322tRttFttQ34333433tRttFttQ導(dǎo)熱導(dǎo)熱constFniiavinttqFQ1.11

3、各層各層熱阻熱阻Rt與與熱流密度熱流密度qi ： Rt1 = 0.23 / 1.2916 = 0.1781 (m2)/W； Rt2 = 0.065/ 0.2791 = 0.2329 (m2)/W； Rt3 = 0.50 / 0.6486 = 0.7709 (m2)/W q1 = ( 1000 855 ) / 0.1781 = 814.15 ( W/m2 ) q2 = ( 855 670 ) / 0.2329 = 794.33 ( W/m2 ) q3 = ( 670 50 ) / 0.7709 = 804.25 ( W/m2 )導(dǎo)熱導(dǎo)熱edc*lFr212212rrnttavQavFavttrr

4、nrravrrttQ21121212212計(jì)算公式：計(jì)算公式：導(dǎo)熱導(dǎo)熱圓筒壁內(nèi)外圓筒壁內(nèi)外傳熱面積傳熱面積的的對(duì)數(shù)平均值對(duì)數(shù)平均值121212122FFnFFrrnrravF圓筒壁內(nèi)外圓筒壁內(nèi)外半徑半徑的的對(duì)數(shù)平均值對(duì)數(shù)平均值1212rrnrr12rr 圓筒圓筒壁厚壁厚溫度分布：溫度分布：對(duì)數(shù)曲線對(duì)數(shù)曲線121211rrnrrntttt導(dǎo)熱導(dǎo)熱niixFiavttQn1.11導(dǎo)熱導(dǎo)熱(m2)/W(m2)/W2021-7-2740【例例】某冷庫(kù)的墻壁由三層材料構(gòu)成，內(nèi)層為軟木，某冷庫(kù)的墻壁由三層材料構(gòu)成，內(nèi)層為軟木，厚厚15mm，導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)0.043W/(m)，中層為石棉板，中層為石棉板

5、，厚厚40mm,導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)0.10W/ (m) ，外層為混凝土，厚，外層為混凝土，厚200mm,導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)1.3W/ (m) ，測(cè)得內(nèi)墻表面為，測(cè)得內(nèi)墻表面為-18，外墻表面溫度為外墻表面溫度為24，計(jì)算每平方米墻面的冷損失量；，計(jì)算每平方米墻面的冷損失量；若將內(nèi)、中層材料互換而厚度不變，冷損失量將如何若將內(nèi)、中層材料互換而厚度不變，冷損失量將如何變化。變化。n解 t1=18,t4=24,1=0.043W/(m),2=0.10W/(m),3=1.3W/ (m) 2143121231824465/0.0150.0400.200.0430.11.3ttqW mbbbA 2021-7-2

6、741t1=-18,t4=24,1=0.10W/(m),2=0.043W/(m), 3=1.3W/ (m) 214312123182434/0.0150.040431.3ttqW mbbbA 互換材料后，由于導(dǎo)熱熱阻的增大，使得冷量損失減少?；Q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(shí)要注意熱阻的分配在使用多層材料保溫時(shí)要注意熱阻的分配。保溫時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)小的放在里層好保溫時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)小的放在里層好 內(nèi)外傳熱面積的內(nèi)外傳熱面積的幾何平均值幾何平均值21212121ddavttFFavttQ2121ddFF2112111111rrrrtttt導(dǎo)熱導(dǎo)熱導(dǎo)

7、熱導(dǎo)熱或或xFavttxFavtttxqFQ210211212dd212FF221FFFx1221FFnFFFx21FFFx導(dǎo)熱導(dǎo)熱RtQ導(dǎo)熱導(dǎo)熱rhrR4212271.12orrnR導(dǎo)熱導(dǎo)熱nnnavFFFFFtFtFtFtt.3213322115、溫度不平均物體的平均溫度計(jì)算溫度不平均物體的平均溫度計(jì)算6、有內(nèi)熱源的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱有內(nèi)熱源的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱傳入熱量傳入熱量-傳出熱量傳出熱量+內(nèi)熱源熱量?jī)?nèi)熱源熱量=熱焓增量熱焓增量2021-7-27492021-7-27502021-7-27512021-7-2752)tt (qwfFttQwf)(orFtQ11tq)(fwttqFttQfw)(：2021

8、-7-27532021-7-2754IwwwwwRUIAURBUwwwwwRt)q(Q)(FR111t2tR)q(Q2021-7-27552021-7-2756 pttg ktgtg2/ sm1/k2021-7-2757 對(duì)流換熱t(yī)g設(shè)21T12212122211111112111()(1)TTtTTttTTgtgtgtggtg 單位體積流體具有的浮升力（）單位質(zhì)量流體具有浮升力2021-7-2758 對(duì)流換熱邊界層邊界層導(dǎo)熱導(dǎo)熱)(ttqwt主流區(qū)主流區(qū)對(duì)流對(duì)流)tt (qf穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，兩者相等時(shí)，兩者相等wtftttt很大很大溫度梯度溫度梯度dxdt很小很小溫度梯度溫度梯度dxdt

9、dxdtCtwttft)(qQtx2021-7-27592021-7-27602021-7-2761),(ptf 對(duì)流換熱spaCmw/3/mkgCkgkJ/pC2021-7-2762 對(duì)流換熱固體壁面的形狀：固體壁面的形狀： 平面、圓柱、夾層、管族等平面、圓柱、夾層、管族等固體壁面的溫度，固體壁面的溫度，wt熱面位置：熱面位置：壁面尺寸，壁面尺寸，l2021-7-2763 對(duì)流換熱對(duì)流換熱是是導(dǎo)熱導(dǎo)熱和和對(duì)流對(duì)流總作用的結(jié)果。在流體中導(dǎo)熱機(jī)理與總作用的結(jié)果。在流體中導(dǎo)熱機(jī)理與在固體中一樣，也取決于在固體中一樣，也取決于溫度梯度溫度梯度和和導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)。而對(duì)流的換熱機(jī)。而對(duì)流的換熱機(jī)理則和

10、流體的流動(dòng)有關(guān)。因此，理則和流體的流動(dòng)有關(guān)。因此，對(duì)流換熱對(duì)流換熱是一種極復(fù)雜過(guò)程，影是一種極復(fù)雜過(guò)程，影響因素很多，對(duì)照響因素很多，對(duì)照牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律可知，影響對(duì)流換熱過(guò)程的所有可知，影響對(duì)流換熱過(guò)程的所有因素都集中在因素都集中在對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)流換熱系數(shù)上，上，換熱系數(shù)換熱系數(shù)是影響整個(gè)過(guò)程的很多是影響整個(gè)過(guò)程的很多變數(shù)的復(fù)雜函數(shù)。變數(shù)的復(fù)雜函數(shù)。 所以，要求解所以，要求解值，值，只用只用一個(gè)微分方程一個(gè)微分方程不可能表示不可能表示對(duì)流對(duì)流和和導(dǎo)熱導(dǎo)熱兩者總和，必須用兩者總和，必須用微分方程組微分方程組來(lái)描述來(lái)描述。.), l ,Cptt ,tg,(fw,f2021-7-2764)

11、nt(ttntq 222222()xyzpdttttttttdxyzCxyz 0yxzdivxyz gradpgdD2 對(duì)流換熱 2021-7-2765 對(duì)流換熱2021-7-2766 對(duì)流換熱幾何相似物理相似2021-7-2767 對(duì)流換熱2021-7-2768 對(duì)流換熱相似論求 2021-7-2769HolHo 對(duì)流換熱雷諾準(zhǔn)數(shù)llRe2021-7-2770 對(duì)流換熱2021-7-2771)nt(t 0n ()努（塞爾）謝爾特準(zhǔn)數(shù)努（塞爾）謝爾特準(zhǔn)數(shù)NulCCCCCltt.ltxtlttllNu10)(nlttntCCtCCC2021-7-2772 對(duì)流換熱222222()xyzptttt

12、tttxyzCxyz諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)諧時(shí)性準(zhǔn)數(shù)貝克利貝克利準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)傅立葉準(zhǔn)數(shù)傅立葉準(zhǔn)數(shù)ttlCC CuHoCCl2tatllCCC CulPeCCaFolaCCCCCltt222021-7-2773 對(duì)流換熱 運(yùn)動(dòng)微分方程運(yùn)動(dòng)微分方程gradpgdD2u弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)歐拉準(zhǔn)數(shù)歐拉準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)22glC CglC CFrCu22pllCC CpEuCCu22RellC CC CulCC2021-7-277432ReglGaFr伽利略準(zhǔn)數(shù)伽利略準(zhǔn)數(shù)32glGrGatt 格拉曉夫格拉曉夫準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)PCaaPeRePr普朗特普朗特準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)2021-7-2775 對(duì)流換熱2021-7-2776 對(duì)

13、流換熱對(duì)流換熱準(zhǔn)數(shù)方程式 準(zhǔn)數(shù)方程式應(yīng)用 定性溫度和定性尺寸 準(zhǔn)數(shù)方程式分類無(wú)相變對(duì)流換熱準(zhǔn)數(shù)方程式2021-7-2777準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)數(shù)方方程程式式分分類類551010ffReRe2021-7-2778定性溫度取值方案 ： 流體的平均溫度 ft壁面的平均溫度 wt邊界層的平均溫度 2wfbttt有限空間流體的平均溫度 221wwbttt定性溫度定性溫度和和定性尺寸定性尺寸2021-7-2779其它 圓管內(nèi)徑或外徑 d非圓形管道的當(dāng)量直徑 ed換熱面高度 H換熱面長(zhǎng)度 L2021-7-2780(Pr)nbbNuC Gr2wfbttt2021-7-27812021-7-2782C2021-7-2783

14、對(duì)流換熱有限空間有限空間指在比較小的空間里指在比較小的空間里, ,流體的流體的受熱受熱和和冷卻冷卻, ,是在彼此靠得很近地方發(fā)生的是在彼此靠得很近地方發(fā)生的, ,熱流量通過(guò)此空間熱流量通過(guò)此空間是是熱面放熱熱面放熱和和冷面受熱冷面受熱兩者綜合的結(jié)果兩者綜合的結(jié)果nmbfeHGrC)(Pr)()(相當(dāng)于兩壁面換熱的努謝爾特準(zhǔn)數(shù)2021-7-27842021-7-27852021-7-27862021-7-2787 例題：例題： 豎壁外表面溫度豎壁外表面溫度tw = 60，外界空氣溫度，外界空氣溫度tf = 20，壁高，壁高h(yuǎn) = 3m，求每小時(shí)通過(guò)每平方米壁表面自，求每小時(shí)通過(guò)每平方米壁表面自由

15、運(yùn)動(dòng)換熱量（熱流密度）。由運(yùn)動(dòng)換熱量（熱流密度）。 （無(wú)限空間換熱）（無(wú)限空間換熱） 2021-7-2788例題：例題： 兩塊邊長(zhǎng)為兩塊邊長(zhǎng)為0.5m0.5m的正方形豎板構(gòu)成的正方形豎板構(gòu)成空心夾層空心夾層，夾層，夾層之間距離之間距離15mm,15mm,溫度分別溫度分別100100、4040，板內(nèi)充滿空氣。試計(jì)，板內(nèi)充滿空氣。試計(jì)算通過(guò)空氣夾層的算通過(guò)空氣夾層的對(duì)流換熱熱流量對(duì)流換熱熱流量。（有限空間換熱）（有限空間換熱）2021-7-27892.2.5 2.2.5 流體在管內(nèi)流體在管內(nèi)受迫運(yùn)動(dòng)受迫運(yùn)動(dòng)換熱換熱2021-7-2790光滑管內(nèi)湍流光滑管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流 迪圖斯迪圖斯貝爾特公

16、式貝爾特公式nfffNuPrRe023. 08 . 0定性溫度：為流體定性溫度：為流體進(jìn)出口平均溫度進(jìn)出口平均溫度 tf定性尺寸：內(nèi)徑定性尺寸：內(nèi)徑 d 或或 den加熱流體加熱流體 =0.4=0.4冷卻流體冷卻流體 =0.3=0.3n適用范圍適用范圍: :下溫差流體與壁面具有中等以為管長(zhǎng)501207010211044d.Pr.Reff2021-7-2791不同溫度時(shí)，流速分布也不同，不同溫度時(shí)，流速分布也不同，當(dāng)流體在光滑管內(nèi)湍當(dāng)流體在光滑管內(nèi)湍 流，流，加熱液體加熱液體或或冷卻氣體冷卻氣體時(shí)：時(shí)：Nuf = 0.023Re0.8Pr0.4；冷卻液體冷卻液體或或加熱氣體加熱氣體時(shí)：時(shí)：Nuf

17、 = 0.023Re0.8Pr0.3；適用條件為適用條件為L(zhǎng)/d 50, Re = 104 1.2104， Pr = 0.7120為為反映不均勻溫度場(chǎng)的影響反映不均勻溫度場(chǎng)的影響，采用下式：，采用下式： Nuf = 0.023Re0.8Pr1/3(f /w) 0.14該式適用范圍：該式適用范圍：L/d50, Re 104, Pr=0.7120 2021-7-2792對(duì)于彎管，對(duì)于彎管，Nuf由上式乘以修正系數(shù)由上式乘以修正系數(shù)R，u R = 1+1.77 d/R (氣體氣體)；u R = 1+10.3 (d/R)3 (液體液體) 式中式中R：彎管曲率的半徑，：彎管曲率的半徑，m； d： 管子直

18、徑，管子直徑，m。2021-7-2793為管長(zhǎng)lldffff10PrRe6 .0Pr2300Rew 對(duì)流換熱ftdde1/31/30.141.86(Pr )( )()ffffwdNuRel2021-7-2794 100002300Ref 對(duì)流換熱wftdde14. 03/23/13/2)()(1 Pr25. 1Re116. 0wffffldNu2021-7-2795NueQq2021-7-2796例題：例題： 空氣以空氣以5m/s5m/s的速度流經(jīng)一直徑為的速度流經(jīng)一直徑為60mm60mm的直管而被加熱，的直管而被加熱，管長(zhǎng)管長(zhǎng)4.0m4.0m，已知空氣平均為，已知空氣平均為9090，管壁溫度

19、，管壁溫度140140，求管壁與，求管壁與空氣間的空氣間的對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)流換熱系數(shù)，若提高空氣流速到，若提高空氣流速到1010和和15m/s15m/s，對(duì)流，對(duì)流換熱系數(shù)為多少？換熱系數(shù)為多少？2021-7-27972021-7-27982021-7-27992021-7-27100如下圖如下圖，壁面邊界層的狀態(tài)，局部換熱系數(shù)，壁面邊界層的狀態(tài)，局部換熱系數(shù)Q 從管的從管的正面正面0開(kāi)始，隨邊界層厚度的增加而下降。在開(kāi)始，隨邊界層厚度的增加而下降。在90100時(shí)降低到最小值，管后的流體具有強(qiáng)烈的旋渦，時(shí)降低到最小值，管后的流體具有強(qiáng)烈的旋渦，換熱系數(shù)重新增加換熱系數(shù)重新增加 2021-7-27

20、101C144404041034103410441042.51050.8910.8210.6150.1740.02390.3300.3850.4660.6180.8052021-7-27102工業(yè)設(shè)備中，多為工業(yè)設(shè)備中，多為氣體橫向流過(guò)管束氣體橫向流過(guò)管束，氣體流速將受各排管，氣體流速將受各排管子的連續(xù)干擾，因此對(duì)管束的換熱，必須考慮一些新的因素，子的連續(xù)干擾，因此對(duì)管束的換熱，必須考慮一些新的因素，即管子的即管子的排列方式、管子間的距離、管子排數(shù)、管子直徑排列方式、管子間的距離、管子排數(shù)、管子直徑等。等。流體橫掠管束時(shí)的流動(dòng)情況如圖。流體橫掠管束時(shí)的流動(dòng)情況如圖。2021-7-27103例題

21、：例題： 煙氣煙氣經(jīng)換熱器管束的平均溫度經(jīng)換熱器管束的平均溫度900900，壁面溫度為，壁面溫度為600600，換熱器部分煙氣流速為，換熱器部分煙氣流速為4.5m/s,4.5m/s,換熱器管外直徑換熱器管外直徑57mm,57mm,管束按管束按叉排方式排列叉排方式排列，s s1 1=2d,s=2d,s2 2=2d,=2d,共共6 6排。求煙氣流經(jīng)換熱排。求煙氣流經(jīng)換熱器管束的器管束的平均換熱系數(shù)平均換熱系數(shù)。 2021-7-27104紫外線紫外線可見(jiàn)光可見(jiàn)光紅外線紅外線微波微波無(wú)線電波無(wú)線電波0.40.8103107熱射線熱射線2021-7-271052021-7-27106rotvibeleE

22、EEEE0rotvibeleEEEEhchErotvibee)(1063. 634JSh2021-7-271072021-7-271080qf2021-7-271094、物體熱輻射的物體熱輻射的吸收吸收、反射反射、和、和透過(guò)透過(guò)：QQQQQQQQQQDRADRA1透過(guò)率反射率吸收率，DQ/QRQ/QAQ/QDRA2021-7-27110%6 . 0腔孔FF6 . 0腔996.0孔 輻射換熱2021-7-271112021-7-27112 輻射換熱2021-7-27113 輻射換熱2021-7-27114. 0EEE0E0QQ2021-7-27115E0EE. 0E 輻射換熱2021-7-271

23、16ddEEE0000lim，ddEEE0000lim，dEE000。dEE0FEQ00EFQ 輻射換熱2021-7-271172021-7-27118）（TEET0)(）（TEET. 0)()(T)(T)(T 輻射換熱)(T2021-7-271192021-7-27120 1TT 1TT 10constTT 10constTT 10constTT2021-7-27121 輻射換熱2021-7-27122(w/m3)1251. 0TCeCE22161104387. 110743. 3CC2021-7-271232021-7-27124（m.K)33max109 . 210896. 2T2021

24、-7-27125(w/m2)40400T2C51. 00100TCTd1eCdEE669.5C0810669. 52021-7-271262021-7-27127cosEE.n.002021-7-27128 40001001)/T(C)/(TfEE.n2021-7-27129 2021-7-27130 2021-7-2713142412121100100)T()T(CQAA1A2021-7-27132112.12QQR11 .12.11 .12.1 .12.1 .12.12FEQFEQQQQQefRefefefefefR22 .21.22 .21.2 .21.2 .21.21FEQFEQQQQ

25、QefRefefefefefR2021-7-271331211 .12.12.FEQQefefR核算面積2122 .21.21.FEQQefefR*2122 .1211 .2.12FEFEQQQQQefefefefRR2021-7-27134則：此時(shí)：此時(shí)：02122 . 01211 . 02.12FEFEQQQQQefefRR212121FF1212 .1 .1212 .1 .121FEEFEEQefefefef2021-7-27135212121FF1.131211001111，1312424323121FFF161151121FFF2021-7-2

26、7136110211211，2121121110FF，2021-7-27137-（1）穩(wěn)態(tài)傳熱：21.ef1 .ef21.R1 .efQQQQ11 .ef11 .ef11QQQ221112QQQ1212 .1 .1212 .1 .121FEEFEEQefefefef2021-7-27138 211111.R.efQAQQ即111211AQQQ.ef.R又根據(jù)101111FEAFEQ01EEA-（2）1111 .0 . 1111FEEQef同理2222 .0 . 2221FEEQef-（3）2220 . 22 .221FEEQef2021-7-27139討論2221211112 . 01 . 0

27、12111FFFEEQ2 . 01 . 0EE1211F1111F2221F,2021-7-271404101 . 0100TCE4202 . 0100TCE1214241022111212100100111111FTTCQ1214241012100100FTTC122021-7-27141111121121111221112FF2021-7-271421111221112FF21FF 1111211221FF11221128 . 018 . 02 輻射換熱2021-7-27143 輻射換熱2021-7-27144例題：例題： 鋼管長(zhǎng)度鋼管長(zhǎng)度3m3m，直徑為，直徑為70mm70mm，管壁溫度

28、，管壁溫度T T1 1為為500K500K，將其放置于截面為，將其放置于截面為 m0.3 m2 2的磚槽內(nèi)，槽內(nèi)壁溫度的磚槽內(nèi)，槽內(nèi)壁溫度T T2 2為為300K300K，求該鋼管的輻射熱損失。，求該鋼管的輻射熱損失。2021-7-27145遮熱板遮熱板 遮熱罩遮熱罩123213QQQ2021-7-27146推動(dòng)力傳熱面積熱阻角系數(shù)2 . 01 . 0EE2 . 01 . 0EEFFFF321321FFF1321313213222323333333131111111111FFFFFF 遮熱板遮熱板 遮熱罩遮熱罩222323333333131111111111FFFFFF202

29、1-7-27147前系統(tǒng)黑度前傳熱量后傳熱量后系統(tǒng)黑度111121121111221112FF121424101212100100FTTCQFTTCQ424101212100100112113212 . 01 . 012FEEQ1121113211212111331221112 . 01 . 012FFFFFEEQ121111331221112FFFF2021-7-27148遮熱后系統(tǒng)黑度減小，凈輻射能量減少。112121212QQ111212i遮輻材料層數(shù)越多，遮輻能力越強(qiáng)。加入 塊，遮輻板 越多， 越小, ii12遮輻材料黑度越小，遮輻能力越強(qiáng)。 越小， 越小， 越小1212Q32021-

30、7-27149遮熱板的材料放置位置與遮輻能力無(wú)關(guān)；遮熱罩的材料放置位置與遮輻能力有關(guān)，應(yīng)靠近輻射源。（F3）遮熱的結(jié)果將使1與3之間的溫度升高。 -涉及發(fā)熱元件或砌爐材料的實(shí)際應(yīng)用-工程上?？梢罁?jù)遮輻要求和輻射源 表面溫度求得遮輻板的溫度和放置位置。2021-7-27150熱電偶測(cè)溫誤差熱電偶測(cè)溫誤差2021-7-27151142410111100100FTTCFttgc212021-7-271524241011100100TTCtttcg%?%ttg1002021-7-27153解：熱電偶達(dá)到熱平衡時(shí)， Q氣-偶 = Q 偶-壁 （對(duì)流為主）（輻射） 131434101311100100FT

31、TCFttgc1322021-7-27154遮熱罩達(dá)到熱平衡時(shí)， Q偶-罩 + Q氣-罩 = Q 罩-壁 （輻射） （對(duì)流為主） （輻射） 相對(duì)較小，忽略32342430323313143410131001002100100FTTCFttFTTCgc3142430331001002TTCttgc4 .15t %6 . 6%100gtt2021-7-271552021-7-271562021-7-271572021-7-27158例題例題:已知有兩無(wú)限大平行平面，其表面溫已知有兩無(wú)限大平行平面，其表面溫度分別為度分別為20及及600，黑度均為，黑度均為0.8，如果在，如果在兩平面中安放一塊黑度為

32、兩平面中安放一塊黑度為0.8或或0.05的遮熱的遮熱板，試求這兩無(wú)限大平行平面間的板，試求這兩無(wú)限大平行平面間的凈輻射凈輻射熱量。熱量。2021-7-27159（a）當(dāng)當(dāng)3 = 0.8 時(shí)，帶入公式得：時(shí)，帶入公式得：1212311122121231111121123220.8 0.8 0.8212120102221121()(417.8 32927.8)10836.7 /310836.7 /netnetnetqEEW mqqW m2021-7-27160212123110.0247 /112112220.8 0.8 0.8W m21212010222112() 0.0247 (417.8 3

33、2927.8)803.0 /803.0 /netnetnetqEEW mqqW m2021-7-271612021-7-271622021-7-27163與氣體的分子數(shù)目有關(guān)（溫度、分壓、有效層厚度）0Hcog22ggggPtf、%iVFVmg4容積表面積2021-7-27164其數(shù)值由實(shí)驗(yàn)得出分子數(shù)目ggPg535331100100074222.gCO.ggCOCOTCTP.E336080100100074222gOHg.g.OHOHTCTP.E表達(dá)為四次方形式：40100gggTCE因此： 必與溫度有關(guān)，應(yīng)修正 g TEETgg0呈非線性變化，原因tg黑體光譜曲線左移 變化ggT分子數(shù)目2

34、021-7-271652021-7-27166 不論何種類型的傳熱計(jì)算，都是聯(lián)立熱量衡算方程不論何種類型的傳熱計(jì)算，都是聯(lián)立熱量衡算方程式，傳熱速率方程式及式，傳熱速率方程式及 、K計(jì)算式求解的過(guò)程，即計(jì)算式求解的過(guò)程，即總傳熱速率方程：總傳熱速率方程：mQKF tQ-傳熱速率，傳熱速率，WK-總傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)，W/(m2)F-傳熱面積，傳熱面積， m2 tm-兩流體的平均溫度差，兩流體的平均溫度差， 2021-7-27167一、傳熱平均溫度差的計(jì)算一、傳熱平均溫度差的計(jì)算 在間壁式換熱器中，按照參加熱交換的兩種流體，在沿著換在間壁式換熱器中，按照參加熱交換的兩種流體，在沿著換熱器的傳熱

35、面流動(dòng)時(shí)，各點(diǎn)溫度變化的情況，可將傳熱過(guò)程分熱器的傳熱面流動(dòng)時(shí)，各點(diǎn)溫度變化的情況，可將傳熱過(guò)程分為恒溫傳熱和變溫傳熱兩種。為恒溫傳熱和變溫傳熱兩種。(一一)恒溫傳熱與變溫傳熱恒溫傳熱與變溫傳熱1、恒溫傳熱、恒溫傳熱蒸發(fā)蒸發(fā)(溶液沸騰和蒸汽冷凝溶液沸騰和蒸汽冷凝)由于恒溫傳熱時(shí)，冷熱兩種流體的溫度都維持不變，所以兩流由于恒溫傳熱時(shí)，冷熱兩種流體的溫度都維持不變，所以兩流體間的傳熱溫度差亦為定值。即體間的傳熱溫度差亦為定值。即tm=T-t2、變溫傳熱、變溫傳熱:間壁一邊流體變溫而另一邊流體恒溫間壁一邊流體變溫而另一邊流體恒溫間壁兩側(cè)流體變溫間壁兩側(cè)流體變溫2021-7-27168t1Tt2T1t

36、2t1T2一側(cè)流體變溫：逆流與并流一樣一側(cè)流體變溫：逆流與并流一樣 2021-7-27169逆流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊分別以相反的方向運(yùn)動(dòng)。逆流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊分別以相反的方向運(yùn)動(dòng)。 并流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊以相同的方向流動(dòng)。并流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊以相同的方向流動(dòng)。 錯(cuò)流：參加熱交換的兩種流體在間壁的兩邊，呈垂直方向流動(dòng)稱為錯(cuò)流。錯(cuò)流：參加熱交換的兩種流體在間壁的兩邊，呈垂直方向流動(dòng)稱為錯(cuò)流。折流：參加熱交換的兩種流體在間壁兩邊，其中之一只沿一個(gè)方向流動(dòng)，稱為折流：參加熱交換的兩種流體在間壁兩邊，其中之一只沿一個(gè)方向流動(dòng)，稱為簡(jiǎn)單折流

37、，若兩流體均作折流，或既有折流又有錯(cuò)流的稱為復(fù)雜折流。簡(jiǎn)單折流，若兩流體均作折流，或既有折流又有錯(cuò)流的稱為復(fù)雜折流。2021-7-271702021-7-27171并流并流逆流逆流錯(cuò)流錯(cuò)流折流折流2021-7-27172（二）平均溫度差tm的計(jì)算2121lntttttm假設(shè)：假設(shè)：1、熱、冷流體的質(zhì)量流量、熱、冷流體的質(zhì)量流量qm1與與qm2均為常數(shù)；均為常數(shù)；2、冷熱流體的比熱容、冷熱流體的比熱容cp1與與cp2及總及總的傳熱系數(shù)的傳熱系數(shù)K沿傳熱面均不變；沿傳熱面均不變；3、不計(jì)換熱器的熱損失、不計(jì)換熱器的熱損失適用：適用：1、兩側(cè)流體變溫傳熱的逆流操作和并流操作、兩側(cè)流體變溫傳熱的逆流操

38、作和并流操作 2、對(duì)一側(cè)流體變溫傳熱、對(duì)一側(cè)流體變溫傳熱注意：把溫差中較大者作為注意：把溫差中較大者作為 t1，較小者作為，較小者作為 t22021-7-27173逆流與并流比較逆流與并流比較a、當(dāng)、當(dāng)T1、T2及及t1、t2均已確定時(shí)，均已確定時(shí)， tm逆逆tm并并，若，若Q相同，則相同，則A逆逆A并并，所以工，所以工業(yè)換熱器一般是采用逆流；業(yè)換熱器一般是采用逆流； b、并流、并流 t2 總是總是 T2，逆流，逆流t2 可以可以 (t2 - t1)并并，冷卻劑用量，冷卻劑用量ms2逆逆(T1-T2)并并，加熱劑用量，加熱劑用量qm1逆逆 qm1并并； 結(jié)論：逆流比并流優(yōu)越，故應(yīng)盡可能采用逆流

39、操作。但對(duì)熱敏性物料的加熱并結(jié)論：逆流比并流優(yōu)越，故應(yīng)盡可能采用逆流操作。但對(duì)熱敏性物料的加熱并流操作可避免出口溫度流操作可避免出口溫度t2過(guò)高而影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，傳熱的好壞，除過(guò)高而影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，傳熱的好壞，除tm的大小外的大小外，還應(yīng)考慮影響，還應(yīng)考慮影響K的多種因素及換熱器結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題。的多種因素及換熱器結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題。2021-7-27174錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差：錯(cuò)流和折流時(shí)的平均溫度差：tm=ttm逆逆t pA2 pB11，漂流因子的大小直接反映了總體流動(dòng)在傳質(zhì)中所漂流因子的大小直接反映了總體流動(dòng)在傳質(zhì)中所占分量的大小，即漂流因子體現(xiàn)了總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響占分量的大

40、小，即漂流因子體現(xiàn)了總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響。2121lnBBBmBBpppBpp為組分 分壓力的對(duì)數(shù)平均值此式也適用于液相此式也適用于液相1212()()AAaAAAABmBmppM D PDPggCCRTxpxp或者分子擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特征系數(shù)之一，表示物質(zhì)在介質(zhì)中分子擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特征系數(shù)之一，表示物質(zhì)在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力；的擴(kuò)散能力；擴(kuò)散系數(shù)取決于擴(kuò)散質(zhì)和介質(zhì)的種類及溫度等因數(shù)。擴(kuò)散系數(shù)取決于擴(kuò)散質(zhì)和介質(zhì)的種類及溫度等因數(shù)。對(duì)于氣體中的擴(kuò)散，濃度的影響可以忽略；溫度升高擴(kuò)散對(duì)于氣體中的擴(kuò)散，濃度的影響可以忽略；溫度升高擴(kuò)散系數(shù)增大，與系統(tǒng)壓強(qiáng)成反比。系數(shù)增大，與系統(tǒng)壓強(qiáng)成反比。四、分子

41、擴(kuò)散系數(shù)四、分子擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)可以理解為沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時(shí)間內(nèi)每單位濃擴(kuò)散系數(shù)可以理解為沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時(shí)間內(nèi)每單位濃度降的情況下，通過(guò)單位表面積所擴(kuò)散的物質(zhì)的量度降的情況下，通過(guò)單位表面積所擴(kuò)散的物質(zhì)的量物質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)小于在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)，一般物質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)小于在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)，一般為為1.15*10-5cm2/s； 物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，或查有關(guān)資料，或借助于物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，或查有關(guān)資料，或借助于經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。（見(jiàn)書(shū)公式經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。（見(jiàn)書(shū)公式2-137,2-138，表，表2-10、2-11）對(duì)于液體中的擴(kuò)散，濃度的影響不

42、可以忽略，而壓強(qiáng)的影對(duì)于液體中的擴(kuò)散，濃度的影響不可以忽略，而壓強(qiáng)的影響不顯著。響不顯著。對(duì)于氣體、液體在固體中的擴(kuò)散速率小于在液體及氣體中對(duì)于氣體、液體在固體中的擴(kuò)散速率小于在液體及氣體中的擴(kuò)散速率。的擴(kuò)散速率。五、對(duì)流傳質(zhì)的基本公式五、對(duì)流傳質(zhì)的基本公式 在湍流流體中同時(shí)存在湍流擴(kuò)散在湍流流體中同時(shí)存在湍流擴(kuò)散 和分子擴(kuò)散（湍流擴(kuò)散占主導(dǎo)和分子擴(kuò)散（湍流擴(kuò)散占主導(dǎo)地位地位 ），其總擴(kuò)散通量為），其總擴(kuò)散通量為對(duì)流傳質(zhì)：分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散的綜合對(duì)流傳質(zhì)：分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散的綜合1 1、湍流擴(kuò)散：、湍流擴(kuò)散：當(dāng)流體流動(dòng)或攪拌時(shí)，由于流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀隨機(jī)運(yùn)當(dāng)流體流動(dòng)或攪拌時(shí)，由于流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀隨機(jī)

43、運(yùn)動(dòng)，使組分從高濃度處向濃度低處移動(dòng)依靠流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦動(dòng)，使組分從高濃度處向濃度低處移動(dòng)依靠流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦來(lái)傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。來(lái)傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。對(duì)流傳質(zhì)：流體流動(dòng)狀態(tài)、速度分布、溫度梯度等影響對(duì)流傳質(zhì)：流體流動(dòng)狀態(tài)、速度分布、溫度梯度等影響g()AAEdCDDdx式中式中 D分子擴(kuò)散系數(shù)，分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s； DE湍流擴(kuò)散系數(shù)湍流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s； dCA/dx沿沿x方向方向的濃度梯度，的濃度梯度，kmol/m4； gA總擴(kuò)散通量總擴(kuò)散通量kmol/(m2s)注：渦流擴(kuò)散系數(shù)注：渦流擴(kuò)散系數(shù)DE不是物性常數(shù)，它與湍動(dòng)有關(guān)，且隨位置不是物性常數(shù)，它與湍動(dòng)有關(guān)，且隨位置而不同。由于其難以測(cè)定，常將分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散結(jié)合在一而不同。由于其難以測(cè)定，常將分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散結(jié)合在一起考慮。起考慮。發(fā)生在流動(dòng)著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過(guò)程。在滯流內(nèi)層發(fā)生在流動(dòng)著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過(guò)程。在滯流內(nèi)層主要是分子擴(kuò)散。在過(guò)渡層既有分子擴(kuò)散主要是分子擴(kuò)散。在過(guò)渡層既有分子擴(kuò)散, ,也也有有湍流湍流