傳熱的基本概念

1、3.1 3.1 傳熱的基本概念傳熱的基本概念第三章第三章 傳傳 熱熱3.2 3.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)3.3 3.3 對流傳熱對流傳熱3.4 3.4 輻射傳熱輻射傳熱3.6 3.6 換熱器換熱器3.7 3.7 幾種特殊情況下的傳熱幾種特殊情況下的傳熱 3.5 3.5 穩(wěn)定傳熱過程計算穩(wěn)定傳熱過程計算p 掌握導(dǎo)熱、對流換熱的基本規(guī)律及計算方法；掌握導(dǎo)熱、對流換熱的基本規(guī)律及計算方法； p 熟悉各種熱交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點；熟悉各種熱交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點； p 掌握穩(wěn)定綜合傳熱過程的計算；掌握穩(wěn)定綜合傳熱過程的計算； p 了解強化傳熱和熱絕緣的措施了解強化傳熱和熱絕緣的措施。本章重點和難點本章重點和難點傳

2、熱在食品工程中的應(yīng)用傳熱在食品工程中的應(yīng)用 食品加工過程中的溫度控制、滅菌過程以及食品加工過程中的溫度控制、滅菌過程以及各種單元操作（如蒸餾、蒸發(fā)、干燥、結(jié)晶等）各種單元操作（如蒸餾、蒸發(fā)、干燥、結(jié)晶等）對溫度有一定的要求。對溫度有一定的要求。3.1.1 傳熱的基本方式傳熱的基本方式 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)(conduction); (conduction); 熱的傳遞是由于系統(tǒng)內(nèi)或物體內(nèi)溫度不同而引起的，根熱的傳遞是由于系統(tǒng)內(nèi)或物體內(nèi)溫度不同而引起的，根據(jù)傳熱機理不同，傳熱的基本方式有三種：據(jù)傳熱機理不同，傳熱的基本方式有三種：3.1 傳熱的基本概念傳熱的基本概念對流對流(convection); (

3、convection); 輻射輻射(radiation)(radiation)。 物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。 特點：特點：沒有物質(zhì)的宏觀位移沒有物質(zhì)的宏觀位移（1 1）熱傳導(dǎo)）熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱）（又稱導(dǎo)熱）氣體 分子做不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結(jié)果固體 導(dǎo)電體：自由電子在晶格間的運動 非導(dǎo)電體：通過晶格結(jié)構(gòu)的振動來實現(xiàn)的液體 機理復(fù)雜強制對流：強制對流： 因泵（或風(fēng)機）或攪拌等外力所導(dǎo)致的對流稱為強制對流。因泵（或風(fēng)機）或攪

4、拌等外力所導(dǎo)致的對流稱為強制對流。 流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中流動的原因不同，對流傳熱的規(guī)律也不同。在同一流體中有可能同時發(fā)生自然對流和強制對流。有可能同時發(fā)生自然對流和強制對流。熱對流的兩種方式：熱對流的兩種方式：自然對流：自然對流： 由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)由于流體各處的溫度不同而引起的密度差異，致使流體產(chǎn)生相對位移，這種對流稱為自然對流。生相對位移，這種對流稱為自然對流。（2 2）熱對流）熱對流 流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對流。對流。 熱對流僅發(fā)生在流體中。熱對流僅

5、發(fā)生在流體中。（3 3）熱輻射）熱輻射因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為熱輻射。所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何所有物體都能將熱以電磁波的形式發(fā)射出去，而不需要任何介質(zhì)。介質(zhì)。 任何物體只要在絕對零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在任何物體只要在絕對零度以上都能發(fā)射輻射能，但是只有在物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。物體溫度較高的時候，熱輻射才能成為主要的傳熱形式。 實際上，上述三種傳熱方式很少單獨出現(xiàn)，而往往是相互實際上，上述三種傳熱方式很少單獨出現(xiàn)，而往往是相互伴隨著出現(xiàn)的。伴隨著出現(xiàn)的。 溫度場溫

6、度場(temperature field)：空間中各點在某一瞬間：空間中各點在某一瞬間的溫度分布，稱為溫度場。的溫度分布，稱為溫度場。式中：式中：t 溫度；溫度； x, y, z 空間坐標(biāo)；空間坐標(biāo)； 時間。時間。 物體的溫度分布是空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，即物體的溫度分布是空間坐標(biāo)和時間的函數(shù)，即 t = f (x，y，z，)3.1.2 溫度場和溫度梯度溫度場和溫度梯度（1）溫度場）溫度場不同溫度的等溫面不相交不同溫度的等溫面不相交。t1t2t1t2等溫面Q 一維溫度場一維溫度場：若溫度場中溫度只沿著一個坐標(biāo)方向變化。若溫度場中溫度只沿著一個坐標(biāo)方向變化。 一維溫度場的溫度分布表達式為：一維溫度

7、場的溫度分布表達式為： t = f (x,) (4-1a) 等溫面的特點等溫面的特點： （1 1）等溫面不能相交；）等溫面不能相交； （2 2）沿等溫面無熱量傳遞。）沿等溫面無熱量傳遞。不穩(wěn)定溫度場不穩(wěn)定溫度場：溫度場內(nèi)如果各點溫度隨時間而改變。溫度場內(nèi)如果各點溫度隨時間而改變。 穩(wěn)定溫度場穩(wěn)定溫度場：若溫度不隨時間而改變。若溫度不隨時間而改變。 等溫面等溫面：溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面。溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面。 注意注意：沿等溫面將無熱量傳遞，而沿和等溫面相交的任何沿等溫面將無熱量傳遞，而沿和等溫面相交的任何方向，因溫度發(fā)生變化則有熱量的傳遞。溫度隨距離的變化程方向，

8、因溫度發(fā)生變化則有熱量的傳遞。溫度隨距離的變化程度以沿與等溫面的垂直方向為最大。度以沿與等溫面的垂直方向為最大。xxtxxt),(),( 對于一維溫度場，等溫面對于一維溫度場，等溫面x及及(x+x)的溫度分別為的溫度分別為t(x,)及及t(x+x,)，則兩等溫面之間的平均溫度變化率為：，則兩等溫面之間的平均溫度變化率為： xtxxtxxtgradtx),(),(lim0溫度梯度溫度梯度: : 溫度梯度是向量，其方向垂直于等溫面，并以溫度增加的方溫度梯度是向量，其方向垂直于等溫面，并以溫度增加的方向為正。向為正。（2 2） 溫度梯度溫度梯度 ntnttgradn0limt+tt-ttnQdA 溫

9、度梯度是一個點點的概念。 溫度梯度是一個向量。 方向垂直于該點所在等溫面，以溫度增的方向為正 一維穩(wěn)定熱傳導(dǎo)dxdt /3.1.3 傳熱速率與熱通量傳熱速率與熱通量傳熱速率傳熱速率（熱流量）：單位時間通過傳熱面積的（熱流量）：單位時間通過傳熱面積的熱量。用熱量。用Q表示，單位表示，單位W (J/s)。熱通量熱通量（熱流密度）：單位時間通過單位傳熱面（熱流密度）：單位時間通過單位傳熱面積的熱量積的熱量q ，單位，單位W/m2dSdQq熱阻（阻力）傳熱溫度差（推動力）傳熱速率xtdSdQ 傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：傅立葉定律是熱傳導(dǎo)的基本定律，它指出：單位時間內(nèi)傳導(dǎo)單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量

10、與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比的熱量與溫度梯度及垂直于熱流方向的截面積成正比，即，即式中式中 Q單位時間傳導(dǎo)的熱量，簡稱傳熱速率，單位時間傳導(dǎo)的熱量，簡稱傳熱速率，w S導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的表面積，m2 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)( (thermal conductivitythermal conductivity) )，w/m.kw/m.k。式中的負(fù)號指熱流方向和溫度梯度方向相反式中的負(fù)號指熱流方向和溫度梯度方向相反。 3.2.13.2.1傅立葉定律與熱導(dǎo)率傅立葉定律與熱導(dǎo)率xtddq3.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)ndSQt+ttt-tt/n圖圖 溫度梯度和

11、傅立葉定律溫度梯度和傅立葉定律 負(fù)號表示傳熱方向與溫度梯度方向相反ntSQqdd 表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)。越大，導(dǎo)熱性能越好，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一，其值與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓強有關(guān)。 用熱通量來表示 對一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) dxdtSQdd (2) 是分子微觀運動的宏觀表現(xiàn)。(1) 在數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量。 = f(結(jié)構(gòu),組成,密度,溫度,壓力）(3) 各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)金屬固體 非金屬固體 液體 氣體 )1 (0at在一定溫度范圍內(nèi)：式中 0, 0, t時的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)； a 溫度系數(shù)。 對大多數(shù)金屬材料a 0 ， t 1)固體 金屬：純金屬 合金 非金屬：同

12、樣溫度下，越大， 越大。2)液體 金屬液體較高，非金屬液體低，水的最大。 t （除水和甘油） 一般來說，純液體的大于溶液3)氣體 t 氣體不利用導(dǎo)熱，但可用來保溫或隔熱。如圖所示：如圖所示：bt1 t2 Qtt1 t2 obx平壁壁厚為平壁壁厚為b b，壁面積為，壁面積為A A； 壁的材質(zhì)均勻，導(dǎo)熱系數(shù)壁的材質(zhì)均勻，導(dǎo)熱系數(shù)不不隨溫度變化，視為常數(shù)；隨溫度變化，視為常數(shù)； 平壁的溫度只沿著垂直于壁面平壁的溫度只沿著垂直于壁面的的x x軸方向變化，故等溫面皆為垂軸方向變化，故等溫面皆為垂直于直于x x軸的平行平面。軸的平行平面。 平壁側(cè)面的溫度平壁側(cè)面的溫度t t1 1及及t t2 2恒定。恒定

13、。3.2.2 通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)（1） 單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)單層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)dxdtqRtbttttb2121)(q 式中式中t=tt=t1 1-t-t2 2為導(dǎo)熱的推動力為導(dǎo)熱的推動力( (driving forcedriving force) )，而，而R=b/R=b/則為導(dǎo)熱的熱阻則為導(dǎo)熱的熱阻( (thermal resistancethermal resistance) )。 根據(jù)傅立葉定律根據(jù)傅立葉定律 分離積分變量后積分，分離積分變量后積分，積分邊界條件：當(dāng)積分邊界條件：當(dāng)x x=0=0時，時，t= tt= t1 1；x=bx=b時，時，t= tt= t

14、2 2，210qttbdtdx討論： 熱阻推動力Rtqttt()12bR 2分析平壁內(nèi)的溫度分布210qttbdtdx上限由2ttbx 時，xxtt時，xttttxq)(q111可表示為推動力：熱阻：為xbtttt211 不隨t變化， tx成呈線形關(guān)系。)1 (0at3當(dāng)隨t變化時() /122若隨t變化關(guān)系為：則tx呈拋物線關(guān)系。 如：1t1，2t2如圖所示：以三層平壁為例如圖所示：以三層平壁為例Qb1 b2 b3 xtt1 t2 t3 t4 假定各層壁的厚度分別為假定各層壁的厚度分別為b b1 1，b b2 2，b b3 3，各層材質(zhì)均勻，導(dǎo)熱系，各層材質(zhì)均勻，導(dǎo)熱系數(shù)分別為數(shù)分別為1 1

15、，2 2，3 3，皆視，皆視為常數(shù)；為常數(shù)； 層與層之間接觸良好，相互層與層之間接觸良好，相互接觸的表面上溫度相等，各等接觸的表面上溫度相等，各等溫面亦皆為垂直于溫面亦皆為垂直于x x軸的平行平軸的平行平面。面。 壁的面積為壁的面積為A A，在穩(wěn)定導(dǎo)熱過，在穩(wěn)定導(dǎo)熱過程中，穿過各層的熱量必相等。程中，穿過各層的熱量必相等。（2 2） 多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)多層平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo))(q21111ttb121111qtttb3333qtb2222qtb第一層第一層 第三層第三層第二層第二層對于穩(wěn)定導(dǎo)熱過程：對于穩(wěn)定導(dǎo)熱過程：q1=q2=q3=q321332211)(qtttbbb)()(q332211

16、41332211321bbbttbbbttt32141321321qRRRttRRRtttn1ii11111Rqnniiiinttbtt同理，對具有同理，對具有n層的平壁，穿過各層熱量的一般公式為層的平壁，穿過各層熱量的一般公式為式中式中i為為n層平壁的壁層序號。層平壁的壁層序號。 例：某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為例：某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為12cm12cm，中間夾層厚，中間夾層厚10cm10cm，填以絕緣材料。磚墻的熱導(dǎo)率為填以絕緣材料。磚墻的熱導(dǎo)率為0.70w/m0.70w/mkk，絕緣材料的熱導(dǎo)，絕緣材料的熱導(dǎo)率為率為0.04w/mk0.04w/mk，墻外表面溫度為，墻外表面溫度為1

17、010 ，內(nèi)表面為，內(nèi)表面為-5-5 ，試，試計算進入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫計算進入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。度。233221141/27.570.012.004.010.070.012.0)5(10)(mwbbbttAQq按溫度差分配計算按溫度差分配計算t2、t31 . 970. 012. 027. 5101112bqtt1 . 4) 5(70. 012. 027. 54333tbqt解：解： 根據(jù)題意，已知根據(jù)題意，已知t t1 1=10=10 ，t t4 4=-5=-5 ，b b1 1=b=b3 3=0.12m=0.12m，b2=0.10m

18、b2=0.10m，1 1= = 3 3= 0.70w/mk= 0.70w/mk， 2 2= 0.04w/mk= 0.04w/mk。按熱流密度公式計算按熱流密度公式計算q q：Qt2 t1 r1 rr2 drL如圖所示：如圖所示：3.2.3、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)、圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)（1） 單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)單層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)設(shè)圓筒的內(nèi)半徑為設(shè)圓筒的內(nèi)半徑為r r1 1，內(nèi)，內(nèi)壁溫度為壁溫度為t t1 1，外半徑為，外半徑為r r2 2，外壁溫度為外壁溫度為t t2 2。 溫度只沿半徑方向變化，溫度只沿半徑方向變化，等溫面為同心圓柱面。圓筒等溫面為同心圓柱面。圓筒壁與平壁不同點是其面隨半壁與

19、平壁不同點是其面隨半徑而變化。徑而變化。 在半徑在半徑r r處取一厚度為處取一厚度為drdr的薄層，若圓筒的長度為的薄層，若圓筒的長度為L L，則半，則半徑為徑為r r處的傳熱面積為處的傳熱面積為 A=2rLA=2rL。drdtrLdrdtAQ21221ln2rrttLQ將上式分離變量積分并整理得將上式分離變量積分并整理得 根據(jù)傅立葉定律，對此薄圓筒層可寫出傳導(dǎo)的熱量為根據(jù)傅立葉定律，對此薄圓筒層可寫出傳導(dǎo)的熱量為上式也可寫成與平壁熱傳導(dǎo)速率方程相類似的形式，即上式也可寫成與平壁熱傳導(dǎo)速率方程相類似的形式，即122121)()(rrttAbttAQmmxtdAdQLrrrrrLAmm2ln)(

20、212121212lnrrrrrm12121212ln22ln)(2AAAALrLrrrLAm上兩式相比較，可得上兩式相比較，可得其中其中 式中式中 rm圓筒壁的對數(shù)平均半徑，圓筒壁的對數(shù)平均半徑，m Am圓筒壁的內(nèi)、外表面對數(shù)平均面積，圓筒壁的內(nèi)、外表面對數(shù)平均面積，m2 當(dāng)當(dāng)A2/A12時，可認(rèn)為時，可認(rèn)為Am=（A1+A2）/2 即：即：當(dāng)當(dāng)(r2/r1)22時，時，rm=(r1+r2)/2r1 r2 r3 r4 t1 t2 t3 t4 對穩(wěn)定導(dǎo)熱過程，單位時間內(nèi)由多層壁所傳導(dǎo)的熱量，亦即對穩(wěn)定導(dǎo)熱過程，單位時間內(nèi)由多層壁所傳導(dǎo)的熱量，亦即經(jīng)過各單層壁所傳導(dǎo)的熱量。經(jīng)過各單層壁所傳導(dǎo)的熱

21、量。 如圖所示：以三層圓筒壁為例。如圖所示：以三層圓筒壁為例。假定各層壁厚分別為假定各層壁厚分別為b b1 1= r= r2 2- - r r1 1，b b2 2=r=r3 3- r- r2 2，b b3 3=r=r4 4- r- r3 3； 各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)1 1，2 2，3 3皆視為常數(shù)；皆視為常數(shù)； 層與層之間接觸良好，相互層與層之間接觸良好，相互接觸的表面溫度相等，各等溫接觸的表面溫度相等，各等溫面皆為同心圓柱面。面皆為同心圓柱面。（2 2） 多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)多層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo) 12211ln2rrttLQ34433ln2rrttLQ23322ln2rrt

22、tLQ 多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)計算，可參照多層平壁。多層圓筒壁的熱傳導(dǎo)計算，可參照多層平壁。 對于第一、對于第一、二、三層圓筒壁有二、三層圓筒壁有根據(jù)各層溫度差之和等于總溫度差的原則，整理上三式可得根據(jù)各層溫度差之和等于總溫度差的原則，整理上三式可得 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQniiiiinrrttLQ1111ln1)(2同理，對于同理，對于n層圓筒壁，穿過各層熱量的一般公式為層圓筒壁，穿過各層熱量的一般公式為 注：對于圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，通過各層的熱傳導(dǎo)速率都是注：對于圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，通過各層的熱傳導(dǎo)速率都是相同的，但是相同的，但是熱流密度熱流密度卻不

23、相等。卻不相等。LrrrLttRRttQff010121121ln21 通常，熱損失隨著保溫層厚度的增加而減少。對于小通常，熱損失隨著保溫層厚度的增加而減少。對于小直徑圓管外包扎性能不良的保溫材料，隨著保溫層厚度的直徑圓管外包扎性能不良的保溫材料，隨著保溫層厚度的增加，可能反而使熱損失增大。增加，可能反而使熱損失增大。 假設(shè)保溫層內(nèi)表面溫度為假設(shè)保溫層內(nèi)表面溫度為t t1 1，環(huán)境溫度為，環(huán)境溫度為t tf f，保溫層，保溫層的內(nèi)、外半徑分別為的內(nèi)、外半徑分別為r r1 1和和r r0 0，保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為，保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為，保，保溫層外壁與空氣之間的溫層外壁與空氣之間的對流傳熱系數(shù)為對流

24、傳熱系數(shù)為。熱損失為：熱損失為：補充內(nèi)容：補充內(nèi)容：保溫層的臨界直徑保溫層的臨界直徑 分析：當(dāng)分析：當(dāng)r r1 1不變、不變、r r0 0增大時，熱阻增大時，熱阻R R1 1增大，增大，R R2 2減小，因此有可能使總熱阻（減小，因此有可能使總熱阻（R R1 1+R+R2 2）下降，導(dǎo)）下降，導(dǎo)致熱損失增大。上式對致熱損失增大。上式對r r0 0求導(dǎo)，可求出當(dāng)求導(dǎo)，可求出當(dāng)Q Q最大最大時的臨界半徑，即時的臨界半徑，即01)/ln()11)(22012010rrrrrttLdrdQoof解得解得 r0=/ 當(dāng)保溫層的外徑當(dāng)保溫層的外徑d do o222/時，增加保溫層的時，增加保溫層的厚度才使

25、熱損失減少。厚度才使熱損失減少。 對管徑較小的管路包扎對管徑較小的管路包扎較大的保溫材料時較大的保溫材料時，要核算，要核算d d0 0是否小于是否小于d dc c。所以，臨界半徑為所以，臨界半徑為 rc=/ 或或 dc=2/例例 在一在一 603.5mm的鋼管外層包有兩層絕熱材料，的鋼管外層包有兩層絕熱材料，里 層 為里 層 為 4 0 m m 的 氧 化 鎂 粉 ， 平 均 導(dǎo) 熱 系 數(shù)的 氧 化 鎂 粉 ， 平 均 導(dǎo) 熱 系 數(shù)=0.07W/m，外層為，外層為20mm的石棉層，其平均導(dǎo)的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)熱系數(shù)=0.15W/m。現(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁?，F(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁r1 r2

26、r3 r4 t1 t2 t3 t4 溫度為溫度為500，最外層表面，最外層表面溫度為溫度為80，管壁的導(dǎo)熱，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)系數(shù)=45W/m。試求每。試求每米管長的熱損失及兩層保米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。溫層界面的溫度。 解：每米管長的熱損失解：每米管長的熱損失34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQ式中式中:r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09mmwLQ/4.19107.009.0ln15.0103.007.0ln07.010265.00

27、3.0ln451)80500(14.32保溫層界面溫度保溫層界面溫度t3 23212131ln1ln1)(2rrrrttLQ03.007.0ln07.010265.003.0ln451)500(14.324.1913t解得解得 t3=131.2 對流傳熱：對流傳熱：是在流體流動進程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，是在流體流動進程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它是依靠它是依靠流體質(zhì)點的移動流體質(zhì)點的移動進行熱量傳遞的，與流體的進行熱量傳遞的，與流體的流動情況密切相關(guān)。流動情況密切相關(guān)。 當(dāng)流體作層流流動時，在垂直于流體流動方向上的當(dāng)流體作層流流動時，在垂直于流體流動方向上的熱量傳遞，主要以熱傳導(dǎo)（亦有較弱的自然對

28、流）的熱量傳遞，主要以熱傳導(dǎo)（亦有較弱的自然對流）的方式進行。方式進行。對流傳熱的基本概念對流傳熱的基本概念3.3 對流傳熱對流傳熱傳熱過程傳熱過程高溫流體高溫流體 湍流主體湍流主體 壁面兩側(cè)壁面兩側(cè) 層流底層層流底層 湍流主體湍流主體 低溫流體低溫流體q湍流主體湍流主體 對流傳熱對流傳熱 溫度分布均勻溫度分布均勻 p層流底層層流底層 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 溫度梯度大溫度梯度大 p壁面壁面 導(dǎo)熱導(dǎo)熱(導(dǎo)熱系數(shù)較導(dǎo)熱系數(shù)較流體大流體大) 有溫度梯度有溫度梯度 不同區(qū)域的不同區(qū)域的 傳熱特性：傳熱特性：傳熱邊界層傳熱邊界層（thermal boundary layer） ：溫度邊界層。溫度邊界層。有溫度梯度較

29、大的區(qū)域。有溫度梯度較大的區(qū)域。傳熱的熱阻即主要集種在此層傳熱的熱阻即主要集種在此層中中。溫度溫度距離距離ThTwh Twc Tc熱流體熱流體冷流體冷流體傳熱壁面?zhèn)鳠岜诿嫱牧髦黧w湍流主體湍流主體湍流主體傳熱壁面?zhèn)鳠岜诿鎸恿鲗恿?底層底層層流層流 底層底層傳熱方向傳熱方向?qū)α鱾鳠崾疽鈭D對流傳熱示意圖TSQ上式稱為上式稱為牛頓冷卻定律。牛頓冷卻定律。 簡化處理：認(rèn)為流體的全部溫度差集中在厚簡化處理：認(rèn)為流體的全部溫度差集中在厚度為度為t的有效膜內(nèi)，但有效膜的厚度的有效膜內(nèi)，但有效膜的厚度t又難以測又難以測定，所以以定，所以以代替代替/t 而用下式描述對流傳熱的而用下式描述對流傳熱的基本關(guān)系基本關(guān)系

30、 3.3.1 牛頓冷卻定律與對流傳熱系數(shù)牛頓冷卻定律與對流傳熱系數(shù)TSQ（1）量綱分析法）量綱分析法n目的：減少實驗工作量，把若干個變量組減少實驗工作量，把若干個變量組成幾個量綱為一的特征數(shù)。成幾個量綱為一的特征數(shù)。n原理（伯金漢 定理） 1、量綱一致性原則。、量綱一致性原則。2、任何數(shù)學(xué)函數(shù)均可用一冪函數(shù)近似地表示。、任何數(shù)學(xué)函數(shù)均可用一冪函數(shù)近似地表示。3.3.2 對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的建立方法對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的建立方法1 流體的狀態(tài)：流體的狀態(tài)：液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變。有相液體、氣體、蒸汽及在傳熱過程中是否有相變。有相 變時對流傳熱系數(shù)比無相變化時大的多；變時對流傳熱系

31、數(shù)比無相變化時大的多； 2 流體的物理性質(zhì)：流體的物理性質(zhì)：影響較大的物性如密度影響較大的物性如密度、比熱、比熱cp、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù) 、粘度、粘度等；等；3 流體的運動狀況：流體的運動狀況：層流、過渡流或湍流；層流、過渡流或湍流；4 流體對流的狀況：流體對流的狀況：自然對流，強制對流；自然對流，強制對流；5 傳熱表面的形狀、位置及大?。簜鳠岜砻娴男螤?、位置及大小：如管、板、管束、管徑、管如管、板、管束、管徑、管 長、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。長、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。 影響對流傳熱系數(shù)的主要因素：影響對流傳熱系數(shù)的主要因素：（2）對流傳熱過程的因次分析）對流傳熱過程

32、的因次分析 無相變時，影響對流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示：無相變時，影響對流傳熱系數(shù)的主要因素可用下式表示： ),(tgclufp用冪函數(shù)表示用冪函數(shù)表示:gfTdcpbaltgcksnpmtlgcluCl)()()(223 八個物理量涉及四個基本因次：質(zhì)量八個物理量涉及四個基本因次：質(zhì)量M，長度，長度M，長度，長度L，時間時間T，溫度，溫度。通過因次分析可得，在無相變時，準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：通過因次分析可得，在無相變時，準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為：snmGrANuPrRe即即準(zhǔn)數(shù)符號及意義準(zhǔn)數(shù)符號及意義 在應(yīng)用關(guān)聯(lián)式時應(yīng)注意以下幾點：在應(yīng)用關(guān)聯(lián)式時應(yīng)注意以下幾點：1 1、應(yīng)用范圍、應(yīng)用范圍 準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式是一種

33、經(jīng)驗公式，在利用關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式是一種經(jīng)驗公式，在利用關(guān)聯(lián)式求對流傳熱系數(shù)時，不能超出實驗條件范圍。求對流傳熱系數(shù)時，不能超出實驗條件范圍。2 2、特性尺寸、特性尺寸 無因次準(zhǔn)數(shù)無因次準(zhǔn)數(shù)Nu、Re等中所包含的傳熱面尺寸稱等中所包含的傳熱面尺寸稱為特征尺寸。通常是選取對流體流動和傳熱發(fā)生主要影響的尺為特征尺寸。通常是選取對流體流動和傳熱發(fā)生主要影響的尺寸作為特征尺寸。寸作為特征尺寸。3 3、定性溫度、定性溫度 流體在對流傳熱過程中溫度是變化的。確定準(zhǔn)流體在對流傳熱過程中溫度是變化的。確定準(zhǔn)數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為數(shù)中流體物理特性參數(shù)的溫度稱為定性溫度定性溫度。一般定性溫度有。一般定性溫度

34、有三種取法：進、出口流體的平均溫度，壁面平均溫度，流體和三種取法：進、出口流體的平均溫度，壁面平均溫度，流體和壁面的平均溫度（膜溫）。壁面的平均溫度（膜溫）。4 4、無因次數(shù)群、無因次數(shù)群 準(zhǔn)數(shù)是一個無因次數(shù)群，其中涉及到的物理準(zhǔn)數(shù)是一個無因次數(shù)群，其中涉及到的物理量必須用統(tǒng)一的單位制度。量必須用統(tǒng)一的單位制度。 npiicudd)()(023. 08 . 0Nu=0.023Re0.8Prn 式中式中n值視熱流方向而定，當(dāng)流體被加熱時，值視熱流方向而定，當(dāng)流體被加熱時，n=0.4，被冷卻時，被冷卻時，n=0.3。應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 ： Re10000，0.7Pr120，管長與管徑比，管長與管徑比

35、L/di60。若。若 L/di60時，時，須乘以（須乘以（1+（di/L）0.7）進行校正。）進行校正。 特性尺寸特性尺寸 ： 取管內(nèi)徑取管內(nèi)徑di定性溫度：定性溫度： 流體進、出口溫度的流體進、出口溫度的算術(shù)平均值算術(shù)平均值。3.3.3 3.3.3 流體在管內(nèi)強制對流時的對流傳熱系數(shù)流體在管內(nèi)強制對流時的對流傳熱系數(shù)（1 1） 圓形直管內(nèi)強制圓形直管內(nèi)強制湍流湍流時的對流傳熱系數(shù)時的對流傳熱系數(shù)1) 1) 低粘度流體低粘度流體 （小于水粘度的（小于水粘度的2 2倍，倍，2.01000010000，0.70.7Pr16700Pr50 Re=du/=(0.05315 0.746)/(0.6 10

36、-5) =2.28 104 104(湍流湍流) Pr=cp/=(1.026 103 26.0 10-5)/0.03928=0.68 8 .444 .60053. 003928. 0NudW/m2 本題中空氣被加熱本題中空氣被加熱,k=0.4代入代入 Nu=0.023Re0.8Pr0.4 =0.023(22800)0.8(0.68)0.4 =60.4 流體在圓形直管內(nèi)作強制滯流時，應(yīng)考慮自然對流及熱流體在圓形直管內(nèi)作強制滯流時，應(yīng)考慮自然對流及熱流方向?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)的影響。流方向?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)的影響。 (1) 當(dāng)自然對流的影響比較小且可被忽略時，對水平管，當(dāng)自然對流的影響比較小且可被忽略時，對水

37、平管，按下式計算：按下式計算： Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/L）1/3（/w）0.14 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： Re2300，0.6Pr50。 特性尺寸：取管內(nèi)徑特性尺寸：取管內(nèi)徑di 定性溫度：定性溫度： 除除w取壁溫外，均為流體進、出口溫度的取壁溫外，均為流體進、出口溫度的 算術(shù)平均值。算術(shù)平均值。（2 2） 流體在圓形直管內(nèi)作流體在圓形直管內(nèi)作強制滯流強制滯流 (2) 自然對流的影響自然對流的影響不能忽略時不能忽略時，而自然對流的影響又因，而自然對流的影響又因管子水平或垂直放置以及流體向上或向下流動方向不同而異。管子水平或垂直放置以及流體向上或向下流動方向不同而異。 對水平管

38、，按下式計算對水平管，按下式計算 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：Re50； 當(dāng)管子較短，當(dāng)管子較短，l/d50時，計算所得的時，計算所得的值應(yīng)校正。值應(yīng)校正。 特性尺寸：取管內(nèi)徑特性尺寸：取管內(nèi)徑d di i 定性溫度：壁溫定性溫度：壁溫twtw與流體進、出口平均溫度的平均值與流體進、出口平均溫度的平均值t tm m，即，即 膜溫。膜溫。 t=tt=tw w-t-tm mNu=0.74Re0.2(GrPr)0.1Pr0.2補充： (3) 對于垂直管，自然對流的影響較大，可作對于垂直管，自然對流的影響較大，可作近似校正。如強制對流方向和自然對流方向相同近似校正。如強制對流方向和自然對流方向相同時，時， 值

39、按上式計算結(jié)果減少值按上式計算結(jié)果減少15%，方向相反時，方向相反時，加大加大15%。校正系數(shù)校正系數(shù)f f的數(shù)值的數(shù)值（3 3） 流體在圓形直管內(nèi)作過渡流流體在圓形直管內(nèi)作過渡流 2300Re100002300Re10000 在過渡流時，對流傳熱系數(shù)可先用湍流時的計算公在過渡流時，對流傳熱系數(shù)可先用湍流時的計算公式計算，根據(jù)所得的式計算，根據(jù)所得的值再乘以校正系數(shù)值再乘以校正系數(shù)，即可得到，即可得到過渡流下的對流傳熱系數(shù)。過渡流下的對流傳熱系數(shù)。8.15Re1061)77.11(rdfi 流體在彎管內(nèi)流動時，由于受離心力的作用，增大流體在彎管內(nèi)流動時，由于受離心力的作用，增大了流體的湍動程度

40、，使對流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)大。了流體的湍動程度，使對流傳熱系數(shù)較直管內(nèi)大。式中式中 彎管中的對流傳熱系數(shù)，彎管中的對流傳熱系數(shù)，w/（m2 ） 直管中的對流傳熱系數(shù)，直管中的對流傳熱系數(shù)，w/（m2 ） r 彎管軸的彎曲半徑，彎管軸的彎曲半徑，m（4 4） 流體在彎管內(nèi)作強制對流流體在彎管內(nèi)作強制對流例：一套管換熱器，套管為例：一套管換熱器，套管為893.5mm鋼管，內(nèi)管鋼管，內(nèi)管為為252.5mm鋼管。環(huán)隙中為鋼管。環(huán)隙中為p=100kPa的飽和水蒸的飽和水蒸氣冷凝，冷卻水在內(nèi)管中渡過，進口溫度為氣冷凝，冷卻水在內(nèi)管中渡過，進口溫度為15，出，出口為口為85。冷卻水流速為。冷卻水流速為0.4m

41、/s，試求管壁對水的對，試求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。流傳熱系數(shù)。 解：此題為水在圓形直管內(nèi)流動解：此題為水在圓形直管內(nèi)流動 定性溫度定性溫度 t=（15+35）/2=25 查查25時水的物性數(shù)據(jù)（見附錄）如下時水的物性數(shù)據(jù)（見附錄）如下 ： Cp=4.179103J/kg =0.608W/m =90.2710-3Ns/m2 =997kg/m3 Re=du/=(0.020.4 997)/(90.27 10-5）=8836 Re在在230010000之間，為過渡流區(qū)之間，為過渡流區(qū) Pr=cp/=(4.179 103 90.27 10-5)/60.8 10-2 =6.2 a可按式可按式 Nu=0.

42、023Re0.8Prn 進行計算進行計算，水被加熱水被加熱，n=0.4。9524. 088361061Re10618 . 158 . 15f校正系數(shù)校正系數(shù)f kmwfcuddpii24 . 08 . 04 . 08 . 0/19789524. 0)2 . 6()8836(02. 0608. 0023. 0)()(023. 0對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù)采用上述各關(guān)聯(lián)式計算，將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑采用上述各關(guān)聯(lián)式計算，將管內(nèi)徑改為當(dāng)量直徑de即可。即可。當(dāng)量直徑按下式計算當(dāng)量直徑按下式計算具體采用何種當(dāng)量直徑，根據(jù)所選用的關(guān)聯(lián)式中的規(guī)定而定。具體采用何種當(dāng)量直徑，根據(jù)所選用的關(guān)聯(lián)式中的規(guī)定而定。潤濕

43、周邊流體流動截面積 4ed傳熱周邊流體流動截面積 4ed或或（5） 流體在非圓形管內(nèi)強制對流流體在非圓形管內(nèi)強制對流3.3.4 3.3.4 流體外繞壁面強制對流流體外繞壁面強制對流（1） 流體平行流過平板流體平行流過平板當(dāng)當(dāng) Re3105（湍流）時（湍流）時Nu=0.664Re0.8Pr1/3在錯列管束外流過時在錯列管束外流過時 Nu=0.33Re0.6Pr0.33 在直列管束外流過時在直列管束外流過時 Nu=0.26Re0.6Pr0.33應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： Re3000 定性溫度：流體進、出口溫度的平均值。定性溫度：流體進、出口溫度的平均值。 定性尺寸：管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處

44、的流速。定性尺寸：管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速。 管排數(shù)為管排數(shù)為10，若不為，若不為10時，計算結(jié)果應(yīng)校正。時，計算結(jié)果應(yīng)校正。（2 2）流體在管束外強制垂直流動）流體在管束外強制垂直流動 換熱器內(nèi)裝有圓缺形擋板（缺口面積為換熱器內(nèi)裝有圓缺形擋板（缺口面積為25%的殼體內(nèi)截面的殼體內(nèi)截面積）時，殼方流體的對流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式為：積）時，殼方流體的對流傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式為：1）多諾呼法）多諾呼法 Nu=0.23Re0.6Pr1/3（/w）0.14 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍: Re=(23)104 特性尺寸特性尺寸: 取管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速。取管外徑，流速取每排管子中最

45、狹窄通道處的流速。 定性溫度定性溫度: 除除w取壁溫外，均為取壁溫外，均為流體進、出口溫度的算流體進、出口溫度的算 術(shù)平均值。術(shù)平均值。（3 3） 流體在換熱器的管間流動流體在換熱器的管間流動2）凱恩法）凱恩法 Nu=0.36Re0.55Pr1/3（/w）0.14 注注：若換熱器的管間無擋板，管外流體沿管束平行流動，則：若換熱器的管間無擋板，管外流體沿管束平行流動，則仍用管內(nèi)強制對流的公式計算，只須將公式中的管內(nèi)徑改為管仍用管內(nèi)強制對流的公式計算，只須將公式中的管內(nèi)徑改為管間的當(dāng)量直徑。間的當(dāng)量直徑。 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍: Re=21031 105 特性尺寸特性尺寸: 取當(dāng)量直徑，管子排列不同，

46、計算公式也不同。取當(dāng)量直徑，管子排列不同，計算公式也不同。 定性溫度定性溫度: 除除w取壁溫外，均為取壁溫外，均為流體進、出口溫度的算流體進、出口溫度的算 術(shù)平均值。術(shù)平均值。Nu=c（GrPr）n定性溫度定性溫度: 取膜的平均溫度，即壁面溫度和流體平均溫度的算取膜的平均溫度，即壁面溫度和流體平均溫度的算 術(shù)平均值。術(shù)平均值。式中的式中的c、n值見表值見表3.3.5 3.3.5 自然對流自然對流蒸汽冷凝有蒸汽冷凝有膜狀冷凝膜狀冷凝和和滴狀冷凝滴狀冷凝兩種方式。兩種方式。膜狀冷凝膜狀冷凝：由于冷凝液能潤濕壁面，因而能形成一層完整：由于冷凝液能潤濕壁面，因而能形成一層完整的膜。在整個冷凝過程中，的

47、膜。在整個冷凝過程中，冷凝液膜冷凝液膜是其主要熱阻。是其主要熱阻。滴狀冷凝滴狀冷凝：若冷凝液不能潤濕避免，由于表面張力的作若冷凝液不能潤濕避免，由于表面張力的作用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此中冷用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝稱為滴狀冷凝。在實際生產(chǎn)過程中，多為膜狀冷凝過程。凝稱為滴狀冷凝。在實際生產(chǎn)過程中，多為膜狀冷凝過程。蒸汽冷凝時的傳熱推動力是蒸汽冷凝時的傳熱推動力是蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差。3.3.6 流體有相變時的對流傳熱系數(shù)流體有相變時的對流傳熱系數(shù) （1 1） 蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù)蒸汽冷凝時的對流傳熱系

48、數(shù)4123)(13. 1tlgr1）在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝在垂直管或垂直板上作膜狀冷凝（2 2） 膜狀冷凝時對流傳熱系數(shù)膜狀冷凝時對流傳熱系數(shù) 2） 水平管壁上作膜狀冷凝水平管壁上作膜狀冷凝 41023)(725.0tndgr式中式中 l垂直板或管的高度垂直板或管的高度 、冷凝液的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度冷凝液的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度 r飽和蒸汽的冷凝潛熱飽和蒸汽的冷凝潛熱 t蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差蒸汽的飽和溫度和壁面溫度之差 d管子外徑管子外徑 n管束在垂直面上的列數(shù)管束在垂直面上的列數(shù) 不凝性氣體的影響不凝性氣體的影響 在蒸汽冷凝時不凝性氣體在液在蒸汽冷凝時不凝性氣體在液膜表面形成一

49、層氣膜，使傳熱阻力加大，冷凝對流傳熱系數(shù)膜表面形成一層氣膜，使傳熱阻力加大，冷凝對流傳熱系數(shù)降低降低。蒸汽流速和流向的影響蒸汽流速和流向的影響冷卻壁面的高度及布置方式冷卻壁面的高度及布置方式流體物性流體物性影響冷凝傳熱的因素：影響冷凝傳熱的因素： 對液體對流加熱時，在液相內(nèi)部伴有由液相變成氣相的對液體對流加熱時，在液相內(nèi)部伴有由液相變成氣相的過程稱為過程稱為沸騰沸騰。工業(yè)上沸騰的方法有兩種：工業(yè)上沸騰的方法有兩種：1) 管內(nèi)沸騰管內(nèi)沸騰：液體在管內(nèi)流動時受熱沸騰。：液體在管內(nèi)流動時受熱沸騰。2) 大溶積沸騰（池內(nèi)沸騰）大溶積沸騰（池內(nèi)沸騰）：加熱壁面浸沒在液體：加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面

50、受熱沸騰。中，液體在壁面受熱沸騰。沸騰傳熱的應(yīng)用：精餾塔的再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等。沸騰傳熱的應(yīng)用：精餾塔的再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽鍋爐等。3.3.7 3.3.7 液體沸騰時的對流傳熱系數(shù)液體沸騰時的對流傳熱系數(shù)（1 1）沸騰傳熱的特點沸騰傳熱的特點 溫度差溫度差t qABCD 線線 q線線 液體沸騰傳熱過程的推動力是加熱面溫度和液體飽和溫液體沸騰傳熱過程的推動力是加熱面溫度和液體飽和溫度之差。在大空間內(nèi)沸騰時，隨著此溫度差的不同，過程中度之差。在大空間內(nèi)沸騰時，隨著此溫度差的不同，過程中的對流傳熱系數(shù)的對流傳熱系數(shù)和熱流密度和熱流密度q都發(fā)生變化。都發(fā)生變化。（2 2） 液體的沸騰過程液體的沸

51、騰過程 根據(jù)傳熱溫差的變化，可將液體沸騰傳熱過程分為以下根據(jù)傳熱溫差的變化，可將液體沸騰傳熱過程分為以下四個階段：四個階段：1) 自然對流階段自然對流階段 如如AB段所示，溫差小，無明顯沸騰現(xiàn)象。此階段段所示，溫差小，無明顯沸騰現(xiàn)象。此階段和和q均均很小，且隨著溫差增大而緩慢增加。很小，且隨著溫差增大而緩慢增加。 2) 泡核沸騰階段泡核沸騰階段 如如BC段所示，由于氣泡運動所產(chǎn)生的對流和擾動作用，段所示，由于氣泡運動所產(chǎn)生的對流和擾動作用，此階段此階段和和q均隨著溫差增大而迅速增加。溫差越大，汽化均隨著溫差增大而迅速增加。溫差越大，汽化核心越多，氣泡脫離表面越多，沸騰越強烈。核心越多，氣泡脫離

52、表面越多，沸騰越強烈。 影響沸騰傳熱的因素影響沸騰傳熱的因素3）膜狀沸騰階段）膜狀沸騰階段 圖中圖中CD所示。因汽化核心過多而形成不穩(wěn)定汽膜，使所示。因汽化核心過多而形成不穩(wěn)定汽膜，使加熱面與液體隔開，加熱面與液體隔開， 和和q下降。下降。4）穩(wěn)定臘狀沸騰階段）穩(wěn)定臘狀沸騰階段 圖中圖中D點以后，汽泡在加熱面上形成和發(fā)展。點以后，汽泡在加熱面上形成和發(fā)展。1）溫度差：）溫度差：溫度差是控制沸騰傳熱的重要參數(shù)，應(yīng)盡量在核溫度差是控制沸騰傳熱的重要參數(shù)，應(yīng)盡量在核狀沸騰階段操作。狀沸騰階段操作。2）操作壓力：）操作壓力：提高操作壓力可提高液體的飽和溫度，從而使提高操作壓力可提高液體的飽和溫度，從而

53、使液體的粘度及表面張力均下降，有利于氣泡的生成與脫離壁面，液體的粘度及表面張力均下降，有利于氣泡的生成與脫離壁面，其結(jié)果是強化了對流傳熱過程。其結(jié)果是強化了對流傳熱過程。3）流體物性：）流體物性：氣泡離開表面的快慢與液體對金屬表面的浸潤氣泡離開表面的快慢與液體對金屬表面的浸潤能力及液體的表面張力的大小有關(guān)，表面張力小，潤濕能力大能力及液體的表面張力的大小有關(guān)，表面張力小，潤濕能力大的液體，形成的氣泡易脫離表面，對沸騰傳熱有利。此外的液體，形成的氣泡易脫離表面，對沸騰傳熱有利。此外、等也有影響。等也有影響。4）加熱面的影響：）加熱面的影響：加熱面的材料、粗糙度的影響。加熱面的材料、粗糙度的影響。

54、 （3 3） 沸騰對流傳熱系數(shù)的計算沸騰對流傳熱系數(shù)的計算在應(yīng)用對流傳熱計算公式時應(yīng)注意以下幾點：在應(yīng)用對流傳熱計算公式時應(yīng)注意以下幾點：1、首先分析所處理的問題是屬于哪一類，如：是強制對流、首先分析所處理的問題是屬于哪一類，如：是強制對流或是自然對流，是否有相變等?；蚴亲匀粚α鳎欠裼邢嘧兊?。2、選定響應(yīng)的對流傳熱系數(shù)計算式，特別應(yīng)注意的是所選、選定響應(yīng)的對流傳熱系數(shù)計算式，特別應(yīng)注意的是所選用的公式的使用條件。用的公式的使用條件。3、當(dāng)流體的流動類型不能確定時，采用試差法進行計算，、當(dāng)流體的流動類型不能確定時，采用試差法進行計算，再進行驗證。再進行驗證。4、計算公式中的各物性數(shù)據(jù)的單位。、

55、計算公式中的各物性數(shù)據(jù)的單位。對流傳熱系數(shù)小結(jié)對流傳熱系數(shù)小結(jié) （1）熱輻射能熱輻射能 物質(zhì)受熱激發(fā)起原子的復(fù)雜運動，進而向外物質(zhì)受熱激發(fā)起原子的復(fù)雜運動，進而向外以電磁波的形式發(fā)射并傳播的能量。接受這種電磁波的物體又以電磁波的形式發(fā)射并傳播的能量。接受這種電磁波的物體又將吸收的輻射能轉(zhuǎn)變成熱能。將吸收的輻射能轉(zhuǎn)變成熱能。10-101010 110210410610-410-210-6射線射線無線電波無線電波微波微波X射線射線紫外紫外熱射線熱射線紅外紅外能被物體吸收而轉(zhuǎn)變成熱能的輻射線稱作能被物體吸收而轉(zhuǎn)變成熱能的輻射線稱作熱射線。熱射線。 電磁波的波長范圍及熱射線電磁波的波長范圍及熱射線 3

56、.4 輻射傳熱輻射傳熱3.4.1輻射基本慨念輻射基本慨念（2）吸收率吸收率 A，反射率，反射率 R 和透過率和透過率 D （Absorption, Reflection and Diaphaneity )DRAEEEE1EEEEEEDRA1DRA根據(jù)能量守恒定律：根據(jù)能量守恒定律：EREDEANE3.4.2 物體輻射的能力物體輻射的能力單色輻射單色輻射:單一波長的輻射。單一波長的輻射。單色輻射能：一定溫度下，從單位物體表面在單位時間內(nèi)發(fā)單色輻射能：一定溫度下，從單位物體表面在單位時間內(nèi)發(fā)射單一波長輻射的輻射能，用射單一波長輻射的輻射能，用 E表示，表示，其單位為其單位為 W/m2 灰體（灰體（

57、A+R1,D0）：）： 能吸收從能吸收從0無窮長的所有波長范無窮長的所有波長范圍的輻射能且吸收率相等的物體稱灰體。圍的輻射能且吸收率相等的物體稱灰體。 表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象 容積現(xiàn)象容積現(xiàn)象（3）黑體、白體和透體和灰體黑體、白體和透體和灰體黑體黑體 A=1 白體白體 R=1 透體透體 D=1（1）單色輻射能）單色輻射能 E及及 Planks Law 黑體的單色輻射能黑體的單色輻射能 E Eb b 可用可用Planks Law Planks Law 精確地描述：精確地描述： 1251eTCbCE 由黑體輻射譜中能量分布圖由黑體輻射譜中能量分布圖可知：隨著溫度的提高，物體可知：隨著溫度的提高，物體最大

58、輻射能漸向波長縮短的方最大輻射能漸向波長縮短的方向移動。向移動。E b T=1400 KT=1200 K010Eb黑體的單色輻射能力，黑體的單色輻射能力，w/m3 波長，波長，m T物體的熱力學(xué)溫度，物體的熱力學(xué)溫度，K C1常數(shù)，其值為常數(shù)，其值為3.74310-16Wm2 C2常數(shù)，其值為常數(shù)，其值為1.438710-2mK （2）斯蒂芬斯蒂芬波爾茨曼波爾茨曼（Stephen-Boltzman ）定律定律全輻射能（輻射照度）為所有單色輻射能之和，即全輻射能（輻射照度）為所有單色輻射能之和，即對黑體對黑體4040)100(TcTdEEbb 稱為稱為斯蒂芬斯蒂芬波爾茨曼波爾茨曼輻射常數(shù)，其值為

59、輻射常數(shù)，其值為 5.6710-8 w/(m2K4) c0稱為黑體輻射系數(shù)稱為黑體輻射系數(shù) 上式說明，黑體的全發(fā)射能力正比于熱力學(xué)溫度的四次上式說明，黑體的全發(fā)射能力正比于熱力學(xué)溫度的四次方，此關(guān)系稱為方，此關(guān)系稱為斯蒂芬斯蒂芬波爾茨曼定律，波爾茨曼定律，亦稱亦稱四次方定律四次方定律。0dEE(W/m2)bEE黑體發(fā)射能力物體發(fā)射能力黑體吸收輻射能的能力物體吸收輻射能的能力黑度黑度：輻射率：輻射率（3）克?；舴颍ǎ┛讼；舴颍↘irschoff）定律）定律當(dāng)兩物休，在相同的環(huán)境處于溫度平衡之下，則：2211AEAEE1E0（1-A1）E0A1E0 灰體 黑體 42412121)100()100(

60、TTACQC C 1212 稱為總輻射系數(shù)；稱為總輻射系數(shù)； 稱為角系數(shù)，表示由輻射面稱為角系數(shù)，表示由輻射面A發(fā)射發(fā)射出的能量為另一物體所截獲的分?jǐn)?shù)，出的能量為另一物體所截獲的分?jǐn)?shù)，與兩物體幾何排列和面積有關(guān)。與兩物體幾何排列和面積有關(guān)。3.4.3 兩固體間的輻射傳熱兩固體間的輻射傳熱3.4.5 輻射加熱的方法輻射加熱的方法食品熱食品熱 加工分直接加熱和間接加熱。加工分直接加熱和間接加熱。（一）紅外線加熱（一）紅外線加熱（二）高頻加熱（二）高頻加熱（三）微波加熱（三）微波加熱傳熱計算主要有兩種類型：傳熱計算主要有兩種類型： 設(shè)計計算設(shè)計計算(熱負(fù)荷熱負(fù)荷) 根據(jù)生產(chǎn)要求的熱負(fù)荷確定換熱器的傳