熱質(zhì)交換原理與設(shè)備-第一章

1、（第三版）（第三版）熱質(zhì)交換原理熱質(zhì)交換原理與設(shè)備與設(shè)備27-22022-4-27內(nèi)內(nèi) 容容1.11.227-32022-4-271.3 1.1 三種傳遞現(xiàn)象的類比三種傳遞現(xiàn)象的類比 v動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞的實(shí)現(xiàn)方式：動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞的實(shí)現(xiàn)方式：分子的微觀運(yùn)動(dòng)引起的分子的微觀運(yùn)動(dòng)引起的分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散；旋渦混合造成的流體微團(tuán)宏觀運(yùn)動(dòng)引起的旋渦混合造成的流體微團(tuán)宏觀運(yùn)動(dòng)引起的湍流傳遞湍流傳遞流體系統(tǒng)中：流體系統(tǒng)中：速度梯度速度梯度動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞溫度梯度溫度梯度熱量傳遞熱量傳遞濃度梯度濃度梯度質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞27-42022-4-27a）牛頓粘性定律牛頓粘性定律v兩個(gè)作直線運(yùn)動(dòng)的流體層之間的

2、切應(yīng)力正兩個(gè)作直線運(yùn)動(dòng)的流體層之間的切應(yīng)力正比于垂直于運(yùn)動(dòng)方向的速度變化率，即比于垂直于運(yùn)動(dòng)方向的速度變化率，即:dydudyud)(v對于均質(zhì)不可壓縮流體，上式可改寫為：對于均質(zhì)不可壓縮流體，上式可改寫為：27-52022-4-27b）傅立葉定律傅立葉定律 v在均勻的各向同性材料內(nèi)的一維溫度場中，通在均勻的各向同性材料內(nèi)的一維溫度場中，通過導(dǎo)熱方式傳遞的熱量通量密度為：過導(dǎo)熱方式傳遞的熱量通量密度為： dydtqv對于恒定熱容量的流體，上式可改寫為：對于恒定熱容量的流體，上式可改寫為： dytdadytdq)c()c(cppp27-62022-4-27c）斐克）斐克(Fick)定律定律 v在

3、無總體流動(dòng)或靜止的雙組分混合物中，若組分在無總體流動(dòng)或靜止的雙組分混合物中，若組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(或質(zhì)量份額或質(zhì)量份額)aA的分布為一維的，則通過的分布為一維的，則通過分子擴(kuò)散傳遞的組分分子擴(kuò)散傳遞的組分A的質(zhì)量通量密度為：的質(zhì)量通量密度為： dydaDjAABAv對于混合物密度為常數(shù)的情況，上式可改寫為對于混合物密度為常數(shù)的情況，上式可改寫為： dydDjAABADAB: 組分組分A在組分在組分B中的擴(kuò)散系數(shù)，中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;27-72022-4-27匯總匯總v動(dòng)量傳遞公式表明：動(dòng)量通量密度正比于動(dòng)量動(dòng)量傳遞公式表明：動(dòng)量通量密度正比于動(dòng)量濃度的變化率。濃度的變化率。v能量傳

4、遞公式表明：能量通量密度正比于能量能量傳遞公式表明：能量通量密度正比于能量濃度的變化率。濃度的變化率。v質(zhì)量傳遞公式表明：組分質(zhì)量傳遞公式表明：組分A的質(zhì)量通量密度正的質(zhì)量通量密度正比于組分比于組分A的質(zhì)量濃度的變化率。的質(zhì)量濃度的變化率。27-82022-4-27dydCFD統(tǒng)一公式統(tǒng)一公式:FD : 的通量密度；的通量密度；：單位體積的某種量；：單位體積的某種量；d/dy: 的變化率；的變化率；C: 比例常數(shù)比例常數(shù)(擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù))。質(zhì)量傳遞：質(zhì)量傳遞：FD =mA, = A, CDAB;動(dòng)量傳遞：動(dòng)量傳遞：FD =, = u, C。能量傳遞：能量傳遞：FD =q, = cpt, Ca

5、;27-92022-4-27d）湍流傳遞性質(zhì)）湍流傳遞性質(zhì) 湍湍流流流流動(dòng)動(dòng)分子擴(kuò)散傳遞分子擴(kuò)散傳遞宏觀流體宏觀流體微團(tuán)摻混微團(tuán)摻混也引起傳遞現(xiàn)象也引起傳遞現(xiàn)象動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞熱量傳遞熱量傳遞質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞湍流切應(yīng)力湍流切應(yīng)力湍流熱流密度湍流熱流密度湍流質(zhì)量通量密度湍流質(zhì)量通量密度dydDmAABtAtdytdqttdyudtt27-102022-4-27dyuddyudeffttS)(dytddytdqefftS)(dydDdydDDmAABeffAABtABS)(有效動(dòng)力粘度系數(shù):eff有效導(dǎo)熱系數(shù):eff有效質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù):ABeffD 通常，充分發(fā)展湍流中，湍流傳遞系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大通常，充分

6、發(fā)展湍流中，湍流傳遞系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子傳遞系數(shù)。于分子傳遞系數(shù)。ABtABeffteffteffDD； 總的效應(yīng)總的效應(yīng)27-112022-4-27v分子傳遞系數(shù)分子傳遞系數(shù), a, DAB： 是物性，與溫度、壓力有關(guān)；是物性，與溫度、壓力有關(guān)；通常各項(xiàng)同性通常各項(xiàng)同性。v湍流傳遞系數(shù)湍流傳遞系數(shù)t, at, DABt：不是物性，主要與流體流動(dòng)有關(guān)；不是物性，主要與流體流動(dòng)有關(guān)；通常各項(xiàng)異性通常各項(xiàng)異性。 兩種傳遞系數(shù)的比較兩種傳遞系數(shù)的比較27-122022-4-271.2 熱質(zhì)交換設(shè)備的分類熱質(zhì)交換設(shè)備的分類 （1）按工作原理分類按工作原理分類 v間壁式間壁式( (表面式表面式) )v直接接

7、觸式（混合式）直接接觸式（混合式）v蓄熱式（回?zé)崾?、再生式）蓄熱式（回?zé)崾?、再生式）v熱管式熱管式27-132022-4-27（2）按照熱流體與冷流體流動(dòng)方向分類按照熱流體與冷流體流動(dòng)方向分類 v順流式順流式v逆流式逆流式v叉流式叉流式 v混合式混合式27-142022-4-2727-152022-4-2727-162022-4-27示意圖示意圖 兩種流體均不混合兩種流體均不混合 一種流體混合一種流體混合另一種不混合另一種不混合 27-172022-4-27 ( (c) ) 總趨勢為逆總趨勢為逆流的混合流流的混合流 (a)先順后逆的平行混流先順后逆的平行混流 (b) 先逆后順的串聯(lián)混流先逆后順

8、的串聯(lián)混流(d) 總趨勢為順總趨勢為順流的混合流流的混合流27-182022-4-27順流順流逆流逆流xTThTcT1T2xTTh (Hot)Tc (cold)T1T2Cold fluidHot fluidCold fluidHot fluid27-192022-4-27螺旋板式換熱器螺旋板式換熱器27-202022-4-27發(fā)生相變時(shí)冷、熱流體的溫度變化圖發(fā)生相變時(shí)冷、熱流體的溫度變化圖( (a) ) 冷凝器中的溫度變化；冷凝器中的溫度變化；( (b) ) 蒸發(fā)器中的溫度變化蒸發(fā)器中的溫度變化27-212022-4-2727-222022-4-27（3）按用途分類）按用途分類 表冷器表冷器

9、加熱器加熱器 預(yù)熱器預(yù)熱器 噴淋室噴淋室 過熱器過熱器 冷凝器冷凝器 蒸發(fā)器蒸發(fā)器 加濕器加濕器 暖風(fēng)機(jī)暖風(fēng)機(jī)（4）按制造材料分類按制造材料分類金屬材料金屬材料 非金屬材料非金屬材料( (石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等）石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等）稀有金屬材料（鈦、鋯等）稀有金屬材料（鈦、鋯等） 27-232022-4-271.3 本課程的地位與作用本課程的地位與作用 建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)涉及大量能量轉(zhuǎn)換及能建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)涉及大量能量轉(zhuǎn)換及能量交換，需要掌握相關(guān)能量轉(zhuǎn)換、交換知識及相量交換，需要掌握相關(guān)能量轉(zhuǎn)換、交換知識及相應(yīng)設(shè)備工作原理和設(shè)計(jì)知識。應(yīng)設(shè)備工作原理和設(shè)計(jì)知識。27-24202

10、2-4-27專業(yè)常見的設(shè)備型式與傳熱機(jī)理表專業(yè)常見的設(shè)備型式與傳熱機(jī)理表名名 稱稱型型 式式傳傳 熱熱 機(jī)機(jī) 理理表冷器表冷器間壁式間壁式對流對流導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流噴淋室噴淋室直接接觸式直接接觸式接觸傳熱、傳質(zhì)接觸傳熱、傳質(zhì)蒸發(fā)器（鍋爐）蒸發(fā)器（鍋爐）間壁式間壁式輻射輻射導(dǎo)熱導(dǎo)熱兩相傳熱兩相傳熱蒸發(fā)器（制冷）蒸發(fā)器（制冷）間壁式間壁式對流對流導(dǎo)熱導(dǎo)熱蒸發(fā)蒸發(fā)過熱器過熱器間壁式間壁式輻射輻射+對流對流導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流省煤器省煤器間壁式間壁式對流對流(輻射分額少輻射分額少)導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流空氣預(yù)熱器空氣預(yù)熱器間壁式或蓄熱式間壁式或蓄熱式對流對流導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流蒸汽噴射泵蒸汽噴射泵直接接觸式直接接觸式

11、接觸傳熱、傳質(zhì)接觸傳熱、傳質(zhì)冷凝器冷凝器間壁式間壁式凝結(jié)凝結(jié)導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流冷卻塔冷卻塔直接接觸式直接接觸式接觸傳熱、傳質(zhì)接觸傳熱、傳質(zhì)蒸汽加熱器蒸汽加熱器間壁式間壁式凝結(jié)凝結(jié)導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流熱水加熱器熱水加熱器間壁式間壁式對流對流導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流除氧器除氧器直接接觸式直接接觸式接觸傳熱、傳質(zhì)接觸傳熱、傳質(zhì)蒸汽加濕器蒸汽加濕器直接接觸式直接接觸式接觸傳熱、傳質(zhì)接觸傳熱、傳質(zhì)散熱器散熱器間壁式間壁式對流對流導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流+輻射輻射暖風(fēng)機(jī)暖風(fēng)機(jī)間壁式間壁式對流（或凝結(jié)）對流（或凝結(jié)）導(dǎo)熱導(dǎo)熱對流對流27-252022-4-27 本課程是將傳熱學(xué)流體力學(xué)工本課程是將傳熱學(xué)流體力學(xué)工程熱力學(xué)供暖工程區(qū)域供