青島科技大學化工原理CCh2-傳熱

根據(jù)傳熱機理的不同，傳熱可分為三種基本方式：熱傳導、熱對流及熱輻射。熱傳導發(fā)生的主要特點是：物體間無宏觀上相對運動。熱對流按其產(chǎn)生機理可分為以下兩種形式：（1）自然對流（2）強制對流物體因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞現(xiàn)象，稱為熱輻射。輻射傳熱的特點：①不僅有能量的傳遞，而且有能量形式的轉(zhuǎn)換；②任何物體在絕對零度以上都有輻射能量；③物體溫差較大時，輻射傳熱才能成為主要的傳熱方式傅里葉定律單層平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導多層平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導一.熱傳導單層圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導多層圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導接觸熱阻產(chǎn)生的具體原因：主要是由空穴造成的.2.在一φ60×3.5mm的鋼管外包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂粉，平均導熱系數(shù)0.07W/m?℃；外層為20mm的石棉層，平均導熱系數(shù)0.15W/m?℃?，F(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁溫度為500℃，最外層表面溫度為80℃。已知鋼管的平均導熱系數(shù)45W/m?℃，試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。二.對流傳熱牛頓冷卻定律無相變流體在圓形直管內(nèi)強制湍流當流體被加熱時，n=0.4；當流體被冷卻時，n=0.3應(yīng)用范圍：Re＞104,0.7＜Pr＜120，L/di＞60;定性溫度：特征尺寸：管內(nèi)徑di

在緊靠壁面處，由于層流內(nèi)層的傳熱以熱傳導方式進行，流體層流內(nèi)膜雖薄，但由于流體導熱系數(shù)很小，所以熱阻很大，溫度降低也主要集中在這里。減薄層流內(nèi)層的厚度是強化對流傳熱的主要途徑。3．有一列管式換熱器，由38根φ25×2.5mm的無縫鋼管組成，苯在管程流動，由20℃加熱到80℃，苯的流量為10.2kg/s，飽和蒸汽在殼程冷凝。試求：（1）管壁對苯的對流傳熱系數(shù)？（2）若苯的流量提高一倍，對流傳熱系數(shù)將有何變化？10．熱氣體在套管式換熱器中用冷卻水冷卻，內(nèi)管為φ25×2.5mm的鋼管，冷水在管內(nèi)湍流流動，對流傳熱系數(shù)為2000W/(m2?K)。熱氣在套管環(huán)隙湍流流動，對流傳熱系數(shù)為50W/(m2?K)。已知鋼的導熱系數(shù)為45.4W/(m?K)。試計算：（1）管壁熱阻占總阻力的百分數(shù)；（2）冷水流速提高一倍，則總傳熱系數(shù)有何變化？（3）氣體流速提高一倍，則總傳熱系數(shù)有何變化？三、間壁式換熱器傳熱計算熱焓法：比熱法：1、無相變化時熱負荷計算

2、有相變化時熱負荷計算

（1）一側(cè)流體發(fā)生相變化，且處于飽和狀態(tài)（2）一側(cè)流體發(fā)生相變后，進一步有顯熱變化3、總傳熱速率方程12．某套管式換熱器用于機油和原油的換熱。原油在套管環(huán)隙流動，進口溫度為120℃，出口溫度上升到160℃；機油在內(nèi)管流動，進口溫度為245℃，出口溫度下降到175℃。（1）試分別計算并流和逆流時的平均溫度差；（2）若已知機油質(zhì)量流量為0.5kg/s，比熱為3kJ/（kg?℃），并流和逆流時的總傳熱系數(shù)K均為100W/(m2?K)，求單位時間內(nèi)傳過相同熱量分別所需要的傳熱面積。19四、流體有相變時的對流傳熱系數(shù)特點：相變流體放出或吸收大量潛熱，T不變，1．蒸汽冷凝設(shè)飽和蒸汽溫度為ts,固體壁面的溫度為tw,若tw<ts,蒸汽→液體，放出潛熱。（1）冷凝方式：膜狀冷凝和滴狀冷凝滴>膜

201)流體物性冷凝液

,

；冷凝液,；潛熱r

,

2)溫差液膜層流流動時，t=ts－tW，,3)蒸汽流速與流向（u>10m/s）同向時，；反向時，；u4）不凝氣體

不凝氣體存在，壁面附近形成氣膜，導致，定期排放。含1%的空氣，下降60%以上（4）冷凝傳熱的影響因素和強化措施21AB段為自然對流區(qū)，BC段為泡狀沸騰或核狀沸騰區(qū)，CD段為過渡區(qū)，DE段為膜狀沸騰區(qū)。沸騰曲線

由泡狀沸騰向不穩(wěn)定膜狀沸騰過渡的轉(zhuǎn)折點C稱為臨界點。。

由于泡狀沸騰時可獲得較高的對流傳熱系數(shù)和熱通量，故工程上總是設(shè)法控制在泡狀沸騰下操作。2．液體沸騰22五、物體的輻射能力

物體在一定溫度下，單位時間單位面積所發(fā)射的能量，稱為該物體在該溫度下的輻射能力，以E表示，單位為W/m2。輻射能力表征物體發(fā)射輻射能的本領(lǐng)。1、斯蒂芬—玻爾茲曼定律

黑體的輻射能力E0與其表面溫度（指絕對溫度）的四次方成正比C0──黑體輻射系數(shù)，5.67W/(m2·K4)四次方定律表明，熱輻射對溫度特別敏感。232、灰體的輻射能力

許多工程材料的輻射特性近似于灰體，通常將實際物體視為灰體來計算其輻射能力EC──灰體的輻射系數(shù)，W/(m2·K4)C與物體的性質(zhì)、表面狀況、溫度等有關(guān)。243、黑度------黑度（或發(fā)射率）

物體的黑度：與物體的種類、溫度及表面粗糙度、表面氧化程度等因素有關(guān)。它是物體輻射能力接近黑體輻射能力的程度。

相同溫度下，黑體的輻射能力最強，通常將灰體輻射能力與同溫度下黑體輻射能力之比定義為物體的黑度。一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當石棉泥受潮后，其保溫效果應(yīng)____，主要原因是因__________，受潮后，使保溫層材料導熱系數(shù)____，保溫效果降低。在包有兩層相同厚度保溫材料的圓形管道上，應(yīng)該將導熱系數(shù)___的材料包在____層，其原因是為了____，降低壁面溫度。變差；水的導熱系數(shù)比空氣大；變大導熱系數(shù)?。粌?nèi)層；減少熱損失沸騰傳熱可分為三個區(qū)域，它們是__、__、__，生產(chǎn)中的沸騰傳熱過程應(yīng)維持在_____操作，在這一階段，傳熱系數(shù)隨著溫度差的增加而___.多層平壁傳熱時，每層的導熱速率____(相等、不等)、多層圓筒壁傳熱時，每層的導熱速率______(相等、不等)。相等；相等自然對流；泡狀沸騰；膜狀沸騰；泡狀沸騰；增加當溫度升高一倍，黑體的輻射能力是原來的____倍導熱通量平壁相等；圓筒壁不相等滴狀冷凝的對流系數(shù)__大于__膜狀冷凝對流傳熱系數(shù)。無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在____，減少熱阻的最有效的措施是_____。傳熱邊界層或滯流層內(nèi);提高流體湍動程度根據(jù)傳熱機理的不同，熱傳遞有三種基本方式：___、___、____。

（1）某車間有一臺換熱面積(以外表面積計)為2.5m2的單程列管換熱器。用180℃的熱廢氣預熱輕油,輕油走管外,其流量為200kg/h,比熱為2kJ/kg℃,溫度由30℃升至80℃。輕油與熱氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為70℃。求:A)換熱器的熱負荷和傳熱系數(shù)。B)若由于長期運轉(zhuǎn),輕油在管外結(jié)垢,已知污垢熱阻為總熱阻的10%,試估算在其他條件基本不變的情況下,輕油處理量如何變化?解：

（1）S=2.5m2

，T1=180℃，T2=70℃，

Wc=200kg/h，CPc=2KJ/Kg.℃，

t1=30℃，t2=80℃。換熱器熱負荷：由題意

Δtm,α1,α2

不變（2）有一列管換熱器，裝有Φ25mm×2.5mm鋼管300根，管長為2m。將管程的空氣由20℃加熱到85℃，空氣流量為8000kg/h。用108℃的飽和蒸汽在殼程作為介質(zhì)，水蒸氣的冷凝傳熱膜系數(shù)為1×104W/(m2·K)。管壁及兩側(cè)污垢熱阻可忽略，熱損失可忽略。已知管內(nèi)空氣的普蘭特準數(shù)Pr為0.7，雷諾準數(shù)Re為2.383×104，空氣導熱系數(shù)為2.85×10-2W/(m·K)，比熱容為1kJ/(kg·K)。試求：（1）空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)；（2）換熱器的總傳熱系數(shù)（以管外表面積為基礎(chǔ)）；（3）通過計算說明該換熱器能夠滿足要求。解：（1）(2)總傳熱系數(shù)K(3)核算能否滿足要求故該換熱器能滿足要求（3）在一列管式蒸汽冷凝器中，110℃的飽和水蒸氣在殼程冷凝為同溫度的水，蒸汽冷凝傳