化工原理傳熱4

(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(duì)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(shí)，影響可忽略；流速較大時(shí)，且與液膜同向，h增大；流速較大時(shí)，且與液膜反向，h減小。精品資料沸騰:沸騰時(shí)，液體內(nèi)部有氣泡產(chǎn)生，氣泡產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)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(qiáng)制(qiángzhì)對(duì)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(huì)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(jī)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(huì)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(dòng)↑。因此：精品資料0.11.010102103hABCDEF自然對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(diǎn)—臨界點(diǎn)（C點(diǎn)）。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(qiáng)，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(cè)(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(duì)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(diǎn)

(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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)(shíyàn)證明：

表明：灰體接近黑體的程度，

ε值由實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)，對(duì)灰體而言：精品資料說明：對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)具有很強(qiáng)發(fā)射和吸收能力。氣體熱輻射特點(diǎn)：*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(gè)體積內(nèi)進(jìn)行。氣體發(fā)射能力：精品資料同時(shí)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(duì)流+熱輻射間壁(jiànbì)換熱過程中，對(duì)流+導(dǎo)熱(2)設(shè)備熱損失計(jì)算4.5.5復(fù)合(fùhé)傳熱與設(shè)備熱損失的計(jì)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(yàn)關(guān)聯(lián)式：空氣(kōngqì)自然對(duì)流時(shí)，平壁保溫層外：圓管保溫層外：空氣(kōngqì)沿粗糙表面強(qiáng)制對(duì)流時(shí)，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(duì)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(jì)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(shí)，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(jì)算計(jì)算類型：設(shè)計(jì)型計(jì)算：已知th1，th2，tc1

，qmc，qmh，K

求傳熱面積A；操作型計(jì)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(duì)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(duì)應(yīng)，選Ai、Am或Ao故穩(wěn)態(tài)傳熱(chuánrè)時(shí)，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(jì)算在實(shí)際生產(chǎn)中以外表面積Ao作為傳熱面積。K的來源：實(shí)驗(yàn)測(cè)定；取生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；計(jì)算求得。精品資料實(shí)際計(jì)算熱阻應(yīng)包括(bāokuò)壁兩側(cè)污垢熱阻：