化學(xué)工程基礎(chǔ)第三章傳熱

1、1/28 第三章第三章 傳熱及傳熱設(shè)備傳熱及傳熱設(shè)備 3.1 概述概述 3.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 3.3 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 3.4 流體無相變時(shí)的流體無相變時(shí)的對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 3.5 流體有相變時(shí)的流體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 3.6 輻射傳熱輻射傳熱 3.7 總傳熱速率和傳熱過程的計(jì)算總傳熱速率和傳熱過程的計(jì)算 2/28 3.1 概述 3/28 3.1 概述 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)： 熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱。是指熱量從物體的高溫部分 向同一物體的低溫部分、或者從一個(gè)高溫物體向一向同一物體的低溫部分、或者從一個(gè)高溫物體向一 個(gè)與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。是依靠分個(gè)與

2、它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。是依靠分 子、原子、離子、自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)來子、原子、離子、自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)來 實(shí)現(xiàn)熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。實(shí)現(xiàn)熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。導(dǎo)熱是靜止物體的一種導(dǎo)熱是靜止物體的一種 傳熱方式，不依靠物質(zhì)的宏觀位移傳熱方式，不依靠物質(zhì)的宏觀位移。 熱傳導(dǎo)在氣、液、固中均可以進(jìn)行，但傳導(dǎo)的熱傳導(dǎo)在氣、液、固中均可以進(jìn)行，但傳導(dǎo)的 機(jī)理不同。金屬機(jī)理不同。金屬自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；非金屬自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；非金屬 和大部分液體（除水銀等）和大部分液體（除水銀等）分子的動(dòng)量傳遞；分子的動(dòng)量傳遞； 氣體氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。 4/28 3.1 概述

3、 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 依靠流體的依靠流體的宏觀位移宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。 對(duì)流傳熱是由于流體內(nèi)部個(gè)部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)和混合而引起對(duì)流傳熱是由于流體內(nèi)部個(gè)部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)和混合而引起 的熱量傳遞，因而的熱量傳遞，因而對(duì)流傳熱只能發(fā)生在流體內(nèi)部對(duì)流傳熱只能發(fā)生在流體內(nèi)部。在化工生產(chǎn)過。在化工生產(chǎn)過 程中經(jīng)常遇到的對(duì)流傳熱有熱量由流體傳到固體壁面或由固體壁程中經(jīng)常遇到的對(duì)流傳熱有熱量由流體傳到固體壁面或由固體壁 面?zhèn)魅肓黧w兩種情況。面?zhèn)魅肓黧w兩種情況。 對(duì)流傳熱可以由對(duì)流傳熱可以由強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流引起，亦可以由引起，亦可以由自然對(duì)流自然對(duì)

4、流引起，前者是引起，前者是 將外力（泵，風(fēng)機(jī)，攪拌等）施加于流體上，從而促使流體微團(tuán)將外力（泵，風(fēng)機(jī)，攪拌等）施加于流體上，從而促使流體微團(tuán) 發(fā)生運(yùn)動(dòng)，而后者則是由于流體內(nèi)部存在溫度差，形成流體的密發(fā)生運(yùn)動(dòng)，而后者則是由于流體內(nèi)部存在溫度差，形成流體的密 度差，從而使流體微團(tuán)在固體壁面與其附近的流體之間產(chǎn)生上下度差，從而使流體微團(tuán)在固體壁面與其附近的流體之間產(chǎn)生上下 方向的循環(huán)流動(dòng)方向的循環(huán)流動(dòng) 質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移：由于流體中各點(diǎn)溫度不同引質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移：由于流體中各點(diǎn)溫度不同引 起的密度差所致起的密度差所致自然對(duì)流（輕者上浮，重者下沉）自然對(duì)流（輕者上浮，重者下沉） 。 5/28 3.1 概述

5、n輻射傳熱輻射傳熱： 因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱 為熱輻射。為熱輻射。 n熱輻射與熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱的最大區(qū)別就在于它熱輻射與熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱的最大區(qū)別就在于它 可以在完全真空的地方傳遞而無需任何介質(zhì)?？梢栽谕耆婵盏牡胤絺鬟f而無需任何介質(zhì)。 n熱輻射的另一個(gè)特征是不僅可產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，熱輻射的另一個(gè)特征是不僅可產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移， 而且還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換，即在高溫處，熱而且還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換，即在高溫處，熱 能轉(zhuǎn)化為輻射能，以電磁波的形式向空間發(fā)送，能轉(zhuǎn)化為輻射能，以電磁波的形式向空間發(fā)送， 當(dāng)遇到另一個(gè)能吸收輻射能的物體時(shí)，即被其部當(dāng)遇到

6、另一個(gè)能吸收輻射能的物體時(shí)，即被其部 分或全部吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，輻射傳熱即是物體分或全部吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，輻射傳熱即是物體 間相互輻射和吸收能量的總結(jié)果。間相互輻射和吸收能量的總結(jié)果。 6/28 3.1 概述 T t 間壁式 工業(yè)上應(yīng)用最多的一種傳熱方式 7/28 3.1 概述 夾套式夾套式 列管式列管式 套管式套管式 t1 T1 T2 t2 套管式 T1 T2 夾套式 t1 T1 T2 t2 列管式 間壁式換熱器間壁式換熱器 8/28 3.1 概述 管程數(shù)：?jiǎn)喂艹?、雙管程、多管程 殼程數(shù)：?jiǎn)螝こ獭㈦p殼程、多殼程 t1 T1 T2 t2 單管程、單殼程 t1 T2 T1 t2 雙管程列管式 列

7、管式換熱器列管式換熱器 9/28 3.1 概述 傳熱同時(shí)伴隨傳質(zhì)過程，常用于氣體或水蒸汽的冷卻。傳熱同時(shí)伴隨傳質(zhì)過程，常用于氣體或水蒸汽的冷卻。 10/28 3.1 概述 一般只適用于氣體。一般只適用于氣體。 冷流體冷流體 11/28 3.2.1 傅立葉定率傅立葉定率 3.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 12/28 單位時(shí)間傳遞的熱量，J/s Ad dQ q t+ t t n l 等溫面及溫度梯度 l t n t n t n 0 lim 3.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 二、溫度梯度二、溫度梯度 13/28 t+ t t n l 等溫面及溫度梯度 負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度方負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度方 向相反向相反

8、稱為導(dǎo)熱系數(shù)稱為導(dǎo)熱系數(shù) , , 單位為單位為W/mK 3.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 3.2.2 傅立葉定律傅立葉定律 物性之一：物性之一：與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（與物質(zhì)種類、熱力學(xué)狀態(tài)（T T、P P）有關(guān)）有關(guān) 物理含義：物理含義：在單位時(shí)間內(nèi)，溫度梯度為在單位時(shí)間內(nèi)，溫度梯度為1K.m-1時(shí)，經(jīng)過時(shí)，經(jīng)過 單位面積所傳遞的熱量。它是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的標(biāo)志，物質(zhì)單位面積所傳遞的熱量。它是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的標(biāo)志，物質(zhì) 的導(dǎo)熱系數(shù)值越大，則表示該物質(zhì)的導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。的導(dǎo)熱系數(shù)值越大，則表示該物質(zhì)的導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。 一般地一般地， 金屬 金屬 非金屬固體非金屬固體 液體液體 氣體氣體 n t q 14/28 3.

9、2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 3.2.3 熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù) n影響因素：與物質(zhì)的形態(tài)、組成、密度、影響因素：與物質(zhì)的形態(tài)、組成、密度、 溫度及壓力等有關(guān)。溫度及壓力等有關(guān)。 n（1）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)）氣體的導(dǎo)熱系數(shù) 與液體和固體相與液體和固體相 比，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小，對(duì)熱傳導(dǎo)不比，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小，對(duì)熱傳導(dǎo)不 利，但卻有利于保溫、絕熱。工業(yè)上所利，但卻有利于保溫、絕熱。工業(yè)上所 使用的保溫材料，如玻璃棉等，就是因使用的保溫材料，如玻璃棉等，就是因 為其空隙中有氣體，所以其導(dǎo)熱系數(shù)較為其空隙中有氣體，所以其導(dǎo)熱系數(shù)較 小，適用于保溫隔熱。小，適用于保溫隔熱。 15/28 3.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) n（2）

10、液體的導(dǎo)熱系數(shù) 液體可分為金屬流體（流 態(tài)金屬）和非金屬流體。大多數(shù)金屬流體的導(dǎo)熱 系數(shù)均隨溫度的升高而降低，在非金屬流體中， 水的導(dǎo)熱系數(shù)最大。除水和甘油外，大多數(shù)非金 屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)亦隨溫度的升高而降低，液體 的導(dǎo)熱系數(shù)基本上與壓力無關(guān)。 16/28 3.2 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) n（3）固體的導(dǎo)熱系數(shù) n在所有固體中，金屬是最好的導(dǎo)熱體，大多數(shù)純 金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而降低，金屬的純 度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，合金的導(dǎo)熱系數(shù)比純金 屬要低。 n非金屬的建筑材料或絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、 組成及結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)，一般導(dǎo)熱系數(shù)隨密 度增加而增大，亦隨溫度升高而增大。 17/28 一、單層平壁

11、熱傳導(dǎo)一、單層平壁熱傳導(dǎo) *3.2.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) 根據(jù)傅立葉定律：根據(jù)傅立葉定律： dx dt q 經(jīng)積分可得：經(jīng)積分可得： dtqdx 0 也即：也即： )(qA A )( 21 21 TT A TTq 為：的熱流量通過面積為 阻力 推動(dòng)力 或 A tt / 21 18/28 顯然，通過每一層的 Q=常數(shù)或 q=常數(shù) 熱熱阻阻 推推動(dòng)動(dòng)力力 qA A TT A TT A TT 33 43 22 32 11 21 二、二、多多層平壁熱傳導(dǎo)層平壁熱傳導(dǎo) *3.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) 總熱阻 總推動(dòng)力 A TT ii i 3

12、 1 41 t t2 t3 t4 t1 0 x b b1b2b3 19/28 *3.2.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) n平壁爐的爐壁由厚120mm的耐火磚和厚240mm 的普通磚砌成。測(cè)得爐壁內(nèi)、外溫度分別為 800和120。為減少熱損失，又在爐壁外加 一石棉保溫層，其厚60mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.2 Wm-1K-1，之后測(cè)得三種材質(zhì)界面溫度依次為 800、680、410和60。(1) 問加石棉后 熱損失減少多少？(2) 求耐火磚和普通磚的導(dǎo)熱 系數(shù)。 20/28 *3.2.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) n定常傳熱，在傳熱路徑上，傳熱速率處處相等；

13、n 任兩層接觸面同一個(gè)溫度，說明接觸良好， 無接觸熱阻 n n n 2 3 3 3 1167 2 . 0 06. 0 60410 mW T q 1167 12. 0 680800 11 1 1 T q 11 1 167. 112. 0 680800 1167 KmW 21/28 *3.2.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) n 同理 11 2 037. 124. 0 410680 1167 KmW 加石棉前的熱損失 2/ 2034 037. 1 24. 0 167. 1 12. 0 120800 mWq %6 .42 2034 11672034 / q qq 22/28 *3

14、.2.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) n冷藏室的墻壁由兩層厚15mm的杉木板之間夾 一層軟木板構(gòu)成，杉木板和軟木板的導(dǎo)熱系數(shù) 分別為0.107 Wm-1K-1和0.040 Wm-1K-1。冷 藏室內(nèi)外壁分別為-12和21，若要求墻壁傳 熱量不大于10 Wm-2，試計(jì)算墻壁中軟木板的 最小厚度及軟木板的熱阻占總熱阻的分?jǐn)?shù)。 23/28 *3.2.4一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) n解： 04. 0 2804. 0 33 04. 0107. 0 015. 0 2 )12(21 10 min. 2min. 2 max q %5 .91 04. 0 1208.

15、 0 2804. 0 04. 0 1208. 0 2 = 0.1208m121mm 24/28 常數(shù) dr dt AqA常常數(shù)數(shù)但但 q 常數(shù) dr dt rLqA2 dr rL dt r r t t 2 1 2 1 2 熱阻 推動(dòng)力 1 2 21 ln 1 2 r r TTL 三、三、單層圓筒壁單層圓筒壁熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) 若為常數(shù)，則： -可見溫度分布 為對(duì)數(shù)關(guān)系 *3.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) Q t2 t1 r1 r r2 dr L 25/28 1212 21 1212 12 21 12 21 lnln22 ln AAAA TT rrrrL rr TT L r

16、r TT 12 12 lnAA AA Am 令-對(duì)數(shù)平均面積 當(dāng)2 1 2 A A 時(shí)，可用算術(shù)平均代替 m A TT 21 于是 熱阻 推動(dòng)力 平壁： A TT 21 *3.2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) Q t2 t1 r1 r r2 dr L 26/28 熱阻熱阻 推動(dòng)力推動(dòng)力 qA t t1 t2 t3 t4 r1 r2 t2 0 r b1 b2 b3 總熱阻 總推動(dòng)力 miii i mmm A TT A TT A TT A TT 3 1 41 333 43 222 32 111 21 Q=常數(shù)，但 q常數(shù) 四、四、多層圓筒壁多層圓筒壁熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) *3.2.

17、3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱-平壁的熱傳導(dǎo)平壁的熱傳導(dǎo) 3 34 2 23 1 12 41 lnlnln 2 rrrrrr TTL 或 27/28 n外徑為100mm的蒸汽管外包有一層厚50mm， =0.06Wm-1K-1的絕熱材料，問再包多厚的石 棉層（= 0.1Wm-1K-1），才能使保溫層內(nèi)、外 溫度分別為170和30時(shí)，熱損失不大于60 Wm-1。 28/28 n解： 60 10. 0 ln 1 . 0 1 05. 0 10. 0 ln 06. 0 1 )30170(2 ln 1 ln 1 )(2 3 2 3 21 2 1 03 r r r r r TT L r3 = 0.136m =

18、136mm 石棉層厚為 136-100 =36mm 29/28 n蒸汽管外包扎兩層厚度相同的絕熱層，外層的 平均直徑為內(nèi)層的2倍，導(dǎo)熱系數(shù)為內(nèi)層的2倍。 若兩層互換位置，其他條件不變，問每米管長(zhǎng) 熱損失改變多少？哪種材料放內(nèi)層好？ 30/28 n解：設(shè)外層平均直徑dm,2，內(nèi)層平均直徑dm,1 n dm,2 = 2 dm,1 2 = 21 1 1 , 1 ,11 ,12,21 ,1 4 5 22 ldT ldld T ss T m mmmm 兩種材料互換位置 1 1 , 1 ,11 ,11 ,12,2 / 22 b ldt ld b ld b t s b s b t Q m mmmm 25.

19、1 4 5 / l Q l Q 互換位置后熱損失減少。說明在其他條件相 同時(shí)，將導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在內(nèi)層好。 31/28 n在一603.5mm的鋼管外層包有兩層 絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂粉，平 均導(dǎo)熱系數(shù)=0.07W/m，外層為 20mm的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù) =0.157W/m?，F(xiàn)用熱電偶測(cè)得管內(nèi) 壁溫度為500，最外層表面溫度為80， 管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/m。試求每米 管長(zhǎng)的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。 32/28 n解 (a)每米管長(zhǎng)的熱損失 此處，r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07 m

20、r4 =0.07+0.02=0.09 m 33/28 n(b)保溫層界面溫度t3 解得 t3=131.2 34/28 冷凝傳熱 有相變傳熱 沸騰傳熱 對(duì)流傳熱 自然對(duì)流 無相變傳熱 管外對(duì)流 強(qiáng)制對(duì)流 非圓管道 管內(nèi)對(duì)流 彎管 湍流 圓形直管 過渡流 滯流 由于對(duì)流傳熱的多樣性，有必要將問題分類加以研究。 3.3.1 對(duì)流傳熱過程對(duì)流傳熱過程 35 3.3.1 對(duì)流傳熱過程對(duì)流傳熱過程 對(duì)流傳熱機(jī)理對(duì)流傳熱機(jī)理 36/28 37/28 38/28 39/28 3.3.2 牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律 仿照傅立葉定律，對(duì)流傳熱速率也可寫成推動(dòng)力與阻力的比值仿照傅立葉定律，對(duì)流傳熱速率也可寫成推動(dòng)力與

21、阻力的比值 熱阻 推動(dòng)力 1 )( tt ttq w w 流體加熱：流體加熱： 流體冷卻：流體冷卻： 上兩式稱為牛頓冷卻定律。上兩式稱為牛頓冷卻定律。 熱阻 推動(dòng)力 1 ) ( w w tt ttq 對(duì)流表面?zhèn)鳠崮は禂?shù)， W/m2K 壁面溫度流體溫度 40/28 傳熱有效膜的厚度 n有效膜的概念 n假設(shè)有一層厚度為t的靜止流體膜所具 有的熱阻，恰好和要考查的對(duì)流傳熱過程 的熱阻相當(dāng)，則該靜止流體膜稱為傳熱的 “有效膜”。 Tq t t 物理意義： 單位時(shí)間內(nèi)， 單位面積溫度差為1k時(shí)， 所傳遞的熱量。 41/28 1、流體的狀態(tài)：固、液、氣狀態(tài)及、流體的狀態(tài)：固、液、氣狀態(tài)及是否有相變。有相變

22、時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)是否有相變。有相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù) 比無相變化時(shí)大的多；比無相變化時(shí)大的多； 2、流體的物理性質(zhì)：、流體的物理性質(zhì)：導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、粘度 、密度、密度 、比熱、比熱cp等；等； 3 、流體的溫度：溫度影響、流體的溫度：溫度影響導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)、 傳熱推動(dòng)力傳熱推動(dòng)力t，同時(shí)附加，同時(shí)附加自然自然 對(duì)流對(duì)流； 4、流體的流動(dòng)狀態(tài)：、流體的流動(dòng)狀態(tài)：層流或湍流；層流或湍流； 5、流體對(duì)流的原因：、流體對(duì)流的原因：自然對(duì)流，強(qiáng)制對(duì)流；自然對(duì)流，強(qiáng)制對(duì)流； 6、傳熱表面的形狀、位置及大?。?、傳熱表面的形狀、位置及大?。喝绻?、板、管束、排列方式、垂直或如管、板、管束、排列方式、垂直或

23、 水平放置等。水平放置等。 影響對(duì)流傳熱膜系數(shù)的主要因素影響對(duì)流傳熱膜系數(shù)的主要因素 3.3.3 傳熱膜系數(shù)及其影響因素傳熱膜系數(shù)及其影響因素 42/28 1、 的獲得主要有三種方法：的獲得主要有三種方法： 3.3.4 實(shí)驗(yàn)方法確定對(duì)流傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)方法確定對(duì)流傳熱系數(shù) （1）理論分析法：理論分析法： 用量綱分析法結(jié)合實(shí)驗(yàn)，建立用量綱分析法結(jié)合實(shí)驗(yàn)，建立無量綱量綱準(zhǔn)數(shù)之間的經(jīng)經(jīng) 驗(yàn)關(guān)系式。驗(yàn)關(guān)系式。 把理論上比較成熟的動(dòng)量傳遞的研究成果類比把理論上比較成熟的動(dòng)量傳遞的研究成果類比 到熱量傳遞過程。到熱量傳遞過程。 建立理論方程式，用數(shù)學(xué)分析的方法求出建立理論方程式，用數(shù)學(xué)分析的方法求出的精確的精

24、確 解或數(shù)值解。這種方法目前只適用于一些幾何條件簡(jiǎn)解或數(shù)值解。這種方法目前只適用于一些幾何條件簡(jiǎn) 單的幾個(gè)傳熱過程，如管內(nèi)層流、平板上層流等。單的幾個(gè)傳熱過程，如管內(nèi)層流、平板上層流等。 （2）實(shí)驗(yàn)方法）實(shí)驗(yàn)方法* ： （3）類比方法：）類比方法： 43/28 2、傳熱膜系數(shù)、傳熱膜系數(shù)的影響因素及量綱為的影響因素及量綱為1的特征的特征 數(shù)數(shù) 1）液體的物理性質(zhì)：、cp 2）固體表面的特征尺寸：l（如果為圓 管，則為圓管的直徑d） 3）強(qiáng)制對(duì)流的速度：u 4）自然對(duì)流的特征速度： gT 44/28 即 = f (,cp, l,u, gT) 無因次化后，可得： 基本量綱：長(zhǎng)度L，時(shí)間 T ，質(zhì)量

25、m，溫度 knm GrPrAReNu Pr,GrRefNu, 也即 根據(jù)量綱一致性原理，可以求出各個(gè)量的指數(shù)關(guān)系 45/28 各量綱為各量綱為1的特征數(shù)的物理意義的特征數(shù)的物理意義 l Nu p c Pr 2 23 Re Tgl Gr ul -格拉曉夫數(shù)格拉曉夫數(shù)Gr是雷諾數(shù)的一種是雷諾數(shù)的一種 變形，表征自然對(duì)流時(shí)的變形，表征自然對(duì)流時(shí)的“雷諾數(shù)雷諾數(shù) ” -努塞爾數(shù)，表示對(duì)流膜傳熱系數(shù)的特征數(shù)努塞爾數(shù)，表示對(duì)流膜傳熱系數(shù)的特征數(shù) -普朗特?cái)?shù)，反映物性的影響。普朗特?cái)?shù)，反映物性的影響。 一般，氣體的一般，氣體的Pr1 對(duì)于強(qiáng)制對(duì)流對(duì)于強(qiáng)制對(duì)流,自然對(duì)流的影響可忽略自然對(duì)流的影響可忽略,故故P

26、rRe，Nu 46/28 n液體無相變時(shí)強(qiáng)制對(duì)流傳熱膜系數(shù)的關(guān)聯(lián)式 n p n ucdu 8 . 0 8 . 0 d 023. 0 PrRe023. 0Nu 或 低粘度液體制對(duì)流時(shí)的傳熱，對(duì)于流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng) 定性溫度： 2 T 出進(jìn) T T 47/28 n當(dāng)流體被加熱時(shí) nn0.4 n當(dāng)流體被冷卻時(shí) nn0.3 適用范圍： Re104;Pr=0.7160;管長(zhǎng)與直徑之比大 于50. 48/28 n（1）對(duì)于高粘度流體 14. 0 33. 08 . 0 PrRe027. 0 w d Nu （2）對(duì)于Re200010000之間的過渡流 可用湍流的公式計(jì)算，但是要再乘以小于1的矯正系數(shù)f 8

27、. 1 5 Re 106 1 f 49/28 .水以水以2m/s的流速通過的流速通過552.5mm，長(zhǎng)，長(zhǎng)2m的鋼管去冷的鋼管去冷 卻套管換熱器中環(huán)隙中的苯，已知水溫由卻套管換熱器中環(huán)隙中的苯，已知水溫由25升高到升高到55， 試計(jì)算試計(jì)算(1）水對(duì)管壁的水對(duì)管壁的,(2) 若將水流量提高若將水流量提高30%，在其，在其 它條件相同的情況下，水對(duì)管壁的有效膜系數(shù)又為多少？它條件相同的情況下，水對(duì)管壁的有效膜系數(shù)又為多少？ 解：（解：（1）水的定性溫度）水的定性溫度t定 定=（ （25+55）/2=40 從附錄中查水的物性常數(shù)從附錄中查水的物性常數(shù) =992.2kg/m3 =0.6338w/m.k =0.656010-3N.S/m2 Pr=4.32 判斷管子內(nèi)水的流