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文檔簡介

(4)影響冷凝傳熱(chuánrè)的因素

冷凝(lěngníng)液膜兩側(cè)的溫度差:

流體物性的影響:

不凝性氣體的影響:形成氣膜,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅度下降。

蒸氣過熱的影響:過熱蒸汽,若壁溫高于飽和溫度,傳熱過程與無相變對流傳熱相同;若壁溫低于飽和溫度,按飽和蒸汽冷凝處理。

蒸氣流速的影響:流速不大時,影響可忽略;流速較大時,且與液膜同向,h增大;流速較大時,且與液膜反向,h減小。精品資料沸騰:沸騰時,液體內(nèi)部有氣泡產(chǎn)生,氣泡產(chǎn)生和運動情況,對h影響極大。沸騰分類:①按設(shè)備尺寸和形狀不同池式沸騰(大容積飽和沸騰);強制(qiángzhì)對流沸騰(有復(fù)雜的兩相流)。②按液體主體溫度不同過冷沸騰:液體主體溫度t<ts,氣泡進(jìn)入液體主體后冷凝。飽和沸騰:t≥ts,氣泡進(jìn)入液體主體后不會冷凝。(5)液體沸騰(fèiténg)傳熱液體主體

t液體主體

t≥ts

液體主體

t<ts精品資料1)大容積飽和沸騰傳熱機理a)汽泡能夠存在(cúnzài)的條件:abcd氣泡的生成過程

氣泡的力平衡plpvrσσ精品資料

必須(bìxū)有汽化核心b)汽泡產(chǎn)生的條件(tiáojiàn)

液體必須過熱提供必須的汽化熱量說明:●因此無汽化核心,氣泡不會產(chǎn)生;●液體過熱度增大,汽化核心數(shù)增多。汽化核心:體積很小的孔穴或固體顆粒,氣泡能附著在其周圍生長。精品資料氣泡的產(chǎn)生(chǎnshēng)過程精品資料沸騰(fèiténg)過程:過熱度↑,汽化核心數(shù)↑,氣泡產(chǎn)生和長大的速度↑,使沸騰加劇(jiājù),沸騰傳熱膜系數(shù)↑。說明:由于氣泡產(chǎn)生,使液體擾動↑。因此:精品資料0.11.010102103hABCDEF自然對流核狀沸騰膜狀沸騰穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定膜狀沸騰溫度差和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)關(guān)系Δt=(tw-ts)/℃實驗條件:大容積(róngjī)、飽和沸騰。2)大容積飽和沸騰曲線(qūxiàn)曲線(qūxiàn)獲得:精品資料AB段:無相變自然對流(duìliú),無汽泡產(chǎn)生,h緩慢增加BC段:核狀沸騰一方面,另一方面,汽膜覆蓋↑,又使h↓;當(dāng)兩者作用相抵消,出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點—臨界點(C點)。臨界值:Δt、q、ΦCD段:核狀、膜狀共存,膜覆蓋為主,Δt↑,h↓;DEF段:穩(wěn)定膜狀沸騰,全部(quánbù)膜覆蓋,Δt↑,h↓;而后輻射作用加強,Δt↑,h↑。沸騰曲線意義:說明:工業(yè)上,應(yīng)嚴(yán)格控制在核狀沸騰區(qū)內(nèi)操作。精品資料3)影響(yǐngxiǎng)的因素加熱壁面的影響:

粗糙壁面,h↑,光滑的壁面,h↓;

被油脂污染的壁面,h↓,清潔表面,h↑;

水平(shuǐpíng)管束沸騰傳熱,上排管h↓。精品資料4)沸騰傳熱膜系數(shù)參看有關(guān)手冊(shǒucè),管外沸騰傳熱更為常用。(a)水在105~4×105Pa壓力下的核狀沸騰(b)不同液體(yètǐ)在不同清潔面上的核狀沸騰精品資料4.5輻射(fúshè)傳熱4.5.1輻射(fúshè)傳熱基本概念(1)熱輻射(fúshè)物體以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過程,稱為熱輻射。一定波長(bōcháng)內(nèi)(0.4~40μm,主要是可見光和紅外光),具有熱效應(yīng)。*

以電磁波形式傳播,不需要任何介質(zhì)進(jìn)行傳遞。*兩次能量形式轉(zhuǎn)化:內(nèi)能1

→電磁波能→內(nèi)能2。*熱輻射可穿越真空,但對流、熱傳導(dǎo)不能?!锞哂蟹瓷?、折射和吸收的特性;★服從光的反射、折射定律;★能在均一介質(zhì)中作直線傳播。(2)特點

(3)輻射傳熱的特性精品資料輻射能的吸收、反射和透射ΦΦDΦA(chǔ)ΦR吸收率反射率透射率黑體:能全部吸收輻射能的物體A=1;白體:能全部反射輻射能的物體R=1;透熱體:能全部透過輻射能的物體D=1;灰體:能以相同的吸收率A,吸收全部波長(bōcháng)輻射能的物體。工業(yè)上,多數(shù)物體都可近似視為灰體(A相差不大)。精品資料輻射能的吸收(xīshōu)、反射和透射精品資料4.5.2發(fā)射能力和輻射(fúshè)基本定律(1)發(fā)射能力E(輻射(fúshè)能力)W/m2指:一定溫度(wēndù)下,單位時間,單位面積上,物體所能發(fā)射出的全部波長的總能量。指:一定溫度下,單位時間,單位面積上,物體發(fā)射的某一波長的總能量?!鲉紊l(fā)射能力Eλ:W/m2△黑體的發(fā)射能力E0:精品資料250000246108500015000350002000010000300001400℃1200℃1000℃800℃600℃λ/μm1.155×10-6Eλ,0/Wm-2

普朗克定律圖示dλ(2)輻射(fúshè)基本定律①普朗克定律說明(shuōmíng):精品資料②斯忒藩-波耳茨曼定律表明黑體的發(fā)射能力與溫度(wēndù)的關(guān)系。精品資料

灰體的發(fā)射能力

C:灰體的發(fā)射(fāshè)系數(shù)C<C0C=f(物性、溫度、表面)實驗(shíyàn)證明:

表明:灰體接近黑體的程度,

ε值由實驗測定。黑度(發(fā)射率)精品資料③克希霍夫定律(dìnglǜ)設(shè):A---灰體B---黑體(hēitǐ)A發(fā)射輻射能全部被B吸收。B發(fā)射輻射能:部分被A吸收-;部分被A反射-;熱平衡時,對灰體而言:精品資料說明:對任何物體,發(fā)射能力和吸收率比值(bǐzhí)為常數(shù),且等于同溫度下,黑體的發(fā)射能力。說明(shuōmíng):同溫度下,任一物體吸收率等于黑度。4.5.3 固體表面間的輻射傳熱化工生產(chǎn)中常遇到的固體壁面可按灰體處理;輻射在固體表面進(jìn)行。精品資料兩無限大平壁間輻射(fúshè)有效輻射(fúshè):兩固體壁面間的有效輻射精品資料φ:角系數(shù)(總能量被壁面攔截分率(fēnlǜ))。φ=f(兩壁面形狀,大小,相對位置,距離等)精品資料024516730.21.00.80.60.4341-圓盤形2-正方形3-長方形(邊長比2:1)4-長方形(狹長)21角系數(shù)φ

平行壁間輻射傳熱的角系數(shù)精品資料4.5.4氣體(qìtǐ)的熱輻射氣體:單、對稱雙原子氣體(H2、O2、空氣)——近似透熱體,無吸收、發(fā)射能力。多原子氣體(CO2、H2O蒸氣(zhēnɡqì))——高溫時具有很強發(fā)射和吸收能力。氣體熱輻射特點:*選擇性—只發(fā)射和吸收某一波長范圍的輻射能;*容積輻射特性—吸收和發(fā)射在整個體積內(nèi)進(jìn)行。氣體發(fā)射能力:精品資料同時存在兩種以上傳熱方式的綜合傳熱現(xiàn)象。例:設(shè)備表面的熱損失,對流+熱輻射間壁(jiànbì)換熱過程中,對流+導(dǎo)熱(2)設(shè)備熱損失計算4.5.5復(fù)合(fùhé)傳熱與設(shè)備熱損失的計算(1)復(fù)合(fùhé)傳熱t(yī)w環(huán)境t熱損失:精品資料經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式:空氣(kōngqì)自然對流時,平壁保溫層外:圓管保溫層外:空氣(kōngqì)沿粗糙表面強制對流時,空氣流速

u≤5m/shT=6.2+4.2u

空氣流速u>5m/s

hT=7.8u0.78精品資料(3)絕熱層的臨界半徑設(shè)穩(wěn)態(tài)傳熱,管道(guǎndào)外表面與環(huán)境間熱損失為:λhtit1R1t∞R2t∞r(nóng)iro絕熱層的分析示意圖精品資料

熱損失與絕熱層外半徑的關(guān)系增加(zēngjiā)絕熱層厚度,熱損失一定減小。增加絕熱層厚度,熱損失(sǔnshī)可能增加,精品資料保溫層的選擇(xuǎnzé):對需保溫的管子,ri一定。如果要滿足保溫條件(tiáojiàn),應(yīng)從λ、hT兩方面考慮,選擇合適的保溫層材質(zhì)。絕熱層的臨界厚度為:r1r2r3圓管外的保溫精品資料計算(jìsuàn)基礎(chǔ):熱流量衡算方程和傳熱速率方程。4.6.1熱流量衡算方程穩(wěn)態(tài)傳熱,忽略熱損失時,冷流體吸收熱量=熱流體放出熱量(1)無相變傳熱4.6傳熱(chuánrè)過程的計算計算類型:設(shè)計型計算:已知th1,th2,tc1

,qmc,qmh,K

求傳熱面積A;操作型計算:

已知th1

,tc1,qmc,qmh,K,A

求th2

、tc2、Ф。tc2

th1tc1th2精品資料(2)有相變傳熱(chuánrè)①飽和狀態(tài)下精品資料說明:①換熱過程中各流股熱流量間關(guān)系;②各流股間相互制約,熱量(rèliàng)守恒。②非飽和狀態(tài)(zhuàngtài)下例:過熱蒸氣→冷凝→過冷液體又如:過冷液體→沸騰→過熱蒸氣過熱蒸汽冷流體熱流體過冷液體精品資料4.6.2總傳熱(chuánrè)速率方程間壁傳熱(chuánrè)過程:各部分(bùfen)傳熱速率方程:管內(nèi)側(cè)流體:

管壁導(dǎo)熱:

管外側(cè)流體:熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ精品資料熱流體冷流體thtcth,wtc,wΦΦ對穩(wěn)態(tài)傳熱(chuánrè):精品資料式中,K—總傳熱系數(shù),W/(m2·K)。注意(zhùyì):K與A對應(yīng),選Ai、Am或Ao故穩(wěn)態(tài)傳熱(chuánrè)時,精品資料4.6.3 傳熱(chuánrè)系數(shù)和傳熱(chuánrè)面積K—傳熱系數(shù),表示換熱設(shè)備性能(xìngnéng)的重要參數(shù)。(1)K的計算在實際生產(chǎn)中以外表面積Ao作為傳熱面積。K的來源:實驗測定;取生產(chǎn)實際的經(jīng)驗數(shù)據(jù);計算求得。精品資料實際計算熱阻應(yīng)包括(bāokuò)壁兩側(cè)污垢熱阻:

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