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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物p掌握导热、对流换热的基本规律及计算方法；掌握导热、对流换热的基本规律及计算方法；p熟悉各种热交换设备的结构和特点；熟悉各种热交换设备的结构和特点；p掌握稳定综合传热过程的计算；掌握稳定综合传热过程的计算；p了解强化传热和热绝缘的措施了解强化传热和热绝缘的措施。本章重点和难点本章重点和难点我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一、传热在食品工程中的应用一、传热在食
2、品工程中的应用二、传热的基本方式二、传热的基本方式热传导热传导( (conduction);conduction);对流对流( (convection);convection);辐射辐射( (radiation)radiation)。 食品加工过程中的温度控制、灭菌过程以及各种单元操作食品加工过程中的温度控制、灭菌过程以及各种单元操作（如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等）对温度有一定的要求。（如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等）对温度有一定的要求。 热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据传热机理不同，传热的基本方式有三种：传热机理不同，传热的基本方
3、式有三种：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。1.1.热传导热传导（又称导热）（又称导热）2.2.热对流热对流 流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。对流。 热对流仅发生在流体中。热对流仅发生在流体中。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和
4、恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物强制对流：强制对流： 因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。因泵（或风机）或搅拌等外力所导致的对流称为强制对流。 流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中流动的原因不同，对流传热的规律也不同。在同一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。有可能同时发生自然对流和强制对流。热对流的两种方式：热对流的两种方式：自然对流：自然对流： 由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产由于流体各处的温度不同而引起的密度差异，致使流体产生相对位移，这种对流称为自然对流。生相
5、对位移，这种对流称为自然对流。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3 3、热辐射、热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何介质。介质。 任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的
6、传热形式。 实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互伴随着出现的。伴随着出现的。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 温度场温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点的温度某一瞬间空间中各点的温度分布，称为温度场分布，称为温度场(temperature field)。式中：式中：t 温度；温度； x, y, z 空间坐标；空间坐标； 时间。时间。 物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即物体的温度分布是空间坐标和时
7、间的函数，即 t = f (x，y，z，) (4-1)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 一维温度场：一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。 一维温度场的温度分布表达式为：一维温度场的温度分布表达式为： t = f (x,) (4-1a) 等温面的特点等温面的特点： （1 1）等温面不能相交；）等温面不能相交；（2 2）沿等温面无热量传递。）沿等温面无热量传递。不稳定温度场：不稳定温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。温度场内如果各点温度随
8、时间而改变。稳定温度场：稳定温度场：若温度不随时间而改变。若温度不随时间而改变。 等温面：等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 注意注意：沿等温面将无热量传递，而沿和等温面相交的任何沿等温面将无热量传递，而沿和等温面相交的任何方向，因温度发生变化则有热量的传递。温度随距离的变化程方向，因温度发生变化则有热量的传递。温度随距离的变化程度以沿与等温面的垂直方向为最大。度以沿与等温面的垂直方向为最大。xxtxxt),(
9、),(xtxxtxxtgradtx),(),(lim0 对于一维温度场，等温面对于一维温度场，等温面x及及(x+x)的温度分别为的温度分别为t(x,)及及t(x+x,)，则两等温面之间的平均温度变化率为：则两等温面之间的平均温度变化率为： 温度梯度温度梯度: : 温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加的方温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加的方向为正。向为正。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物xtdAdQ 傅立叶定律是热传导的基本定律，它指出：单位时间内传导傅立叶定律是热
10、传导的基本定律，它指出：单位时间内传导的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即的热量与温度梯度及垂直于热流方向的截面积成正比，即 导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，其值与物质的组成、结构、密导热系数表征物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一，其值与物质的组成、结构、密度、温度及压强有关。度、温度及压强有关。式中式中 Q单位时间传导的热量，简称传热速率，单位时间传导的热量，简称传热速率，w A导热面积，即垂直于热流方向的表面积，导热面积，即垂直于热流方向的表面积，m2 导热系数导热系数( (thermal conductivitythermal conductiv
11、ity) )，w/m.kw/m.k。式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反式中的负号指热流方向和温度梯度方向相反。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物ndSQt+ttt-tt/n图图 温度梯度和傅立叶定律温度梯度和傅立叶定律我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物如图所示：如图所示：bt1t2Qtt1t2obx平壁壁厚为平壁壁厚为b b，壁面积为壁面积为A A；壁的材质均匀，导热系数壁的材质均匀，导
12、热系数不不随温度变化，视为常数；随温度变化，视为常数；平壁的温度只沿着垂直于壁面平壁的温度只沿着垂直于壁面的的x x轴方向变化，故等温面皆为垂轴方向变化，故等温面皆为垂直于直于x x轴的平行平面。轴的平行平面。平壁侧面的温度平壁侧面的温度t t1 1及及t t2 2恒定。恒定。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物dxdtAQRtAbttttAbQ2121)( 式中式中t=tt=t1 1-t-t2 2为导热的推动力为导热的推动力( (driving forcedriving force) )，而而
13、R=b/AR=b/A则为导热的热阻则为导热的热阻( (thermal resistancethermal resistance) )。 根据傅立叶定律根据傅立叶定律 分离积分变量后积分，分离积分变量后积分，积分边界条件：当积分边界条件：当x x=0=0时，时，t= tt= t1 1；x=bx=b时，时，t= tt= t2 2，我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物如图所示：以三层平壁为例如图所示：以三层平壁为例Qb1b2b3xtt1t2t3t4假定各层壁的厚度分别为假定各层壁的厚度分别为b b1
14、1，b b2 2，b b3 3，各层材质均匀，导热系各层材质均匀，导热系数分别为数分别为1 1，2 2，3 3，皆视皆视为常数；为常数；层与层之间接触良好，相互层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等，各等接触的表面上温度相等，各等温面亦皆为垂直于温面亦皆为垂直于x x轴的平行平轴的平行平面。面。壁的面积为壁的面积为A A，在稳定导热过在稳定导热过程中，穿过各层的热量必相等。程中，穿过各层的热量必相等。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物)(21111ttAbQ121111tttAbQ331
15、33tAbQ2222tAbQ第一层第一层 第三层第三层第二层第二层对于稳定导热过程：对于稳定导热过程：Q1=Q2=Q3=Q321332211)(tttAbAbAbQ我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物)()(33221141332211321AbAbAbttAbAbAbtttQ32141321321RRRttRRRtttQRttAbttQnniiiin11011同理，对具有同理，对具有n层的平壁，穿过各层热量的一般公式为层的平壁，穿过各层热量的一般公式为式中式中i为为n层平壁的壁层序号。层平壁的
16、壁层序号。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例：某冷库外壁内、外层砖壁厚均为例：某冷库外壁内、外层砖壁厚均为1212cmcm，中间夹层厚中间夹层厚1010cmcm，填以绝缘材料。砖墙的热导率为填以绝缘材料。砖墙的热导率为0.700.70w/mw/mk k，绝缘材料的热导绝缘材料的热导率为率为0.040.04w/mw/mk k，墙外表面温度为墙外表面温度为10 10 ，内表面为，内表面为-5 -5 ，试，试计算进入冷库的热流密度及绝缘材料与砖墙的两接触面上的温计算进入冷库的热流密度及绝缘材料与
17、砖墙的两接触面上的温度。度。233221141/27.570.012.004.010.070.012.0)5(10)(mwbbbttAQq按温度差分配计算按温度差分配计算t2、t31 . 970. 012. 027. 5101112bqtt1 . 4) 5(70. 012. 027. 54333tbqt解：解： 根据题意，已知根据题意，已知t t1 1=10 =10 ，t t4 4=-5 =-5 ，b b1 1=b=b3 3=0.12m=0.12m，b2=0.10mb2=0.10m，1 1= = 3 3= = 0.70w/m0.70w/mk k， 2 2= = 0.04w/m0.04w/mk
18、k。按热流密度公式计算按热流密度公式计算q q：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Qt2t1r1rr2drL如图所示：如图所示：设圆筒的内半径为设圆筒的内半径为r r1 1，内内壁温度为壁温度为t t1 1，外半径为外半径为r r2 2，外壁温度为外壁温度为t t2 2。温度只沿半径方向变化，温度只沿半径方向变化，等温面为同心圆柱面。圆筒等温面为同心圆柱面。圆筒壁与平壁不同点是其面随半壁与平壁不同点是其面随半径而变化。径而变化。在半径在半径r r处取一厚度为处取一厚度为drdr的的薄层，若圆筒
19、的长度为薄层，若圆筒的长度为L L，则则半 径 为半 径 为 r r 处 的 传 热 面 积 为处 的 传 热 面 积 为A=2rLA=2rL。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物drdtrLdrdtAQ21221ln2rrttLQ将上式分离变量积分并整理得将上式分离变量积分并整理得 根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为上式也可写成与平壁热传导速率方程相类似的形式，即上式也可写成与平壁热传导速率方程相类似的形式，即122121)()(rrt
20、tAbttAQmm我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物LrrrrrLAmm2ln)(212121212lnrrrrrm12121212ln22ln)(2AAAALrLrrrLAm上两式相比较，可得上两式相比较，可得其中其中 式中式中 rm圆筒壁的对数平均半径，圆筒壁的对数平均半径，m Am圆筒壁的内、外表面对数平均面积，圆筒壁的内、外表面对数平均面积，m2 当当A2/A12时，可认为时，可认为Am=（A1+A2）/2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但
21、是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物r1r2r3r4t1t2t3t4 对稳定导热过程，单位时间内由多层壁所传导的热量，亦即对稳定导热过程，单位时间内由多层壁所传导的热量，亦即经过各单层壁所传导的热量。经过各单层壁所传导的热量。 如图所示：以三层圆筒壁为例。如图所示：以三层圆筒壁为例。假定各层壁厚分别为假定各层壁厚分别为b b1 1= r= r2 2- - r r1 1，b b2 2=r=r3 3- r- r2 2，b b3 3=r=r4 4- r- r3 3；各层材料的导热系数各层材料的导热系数1 1，2 2，3 3皆视为常数；皆视为常数；层与层之间接触良好，相互层与层之间
22、接触良好，相互接触的表面温度相等，各等温接触的表面温度相等，各等温面皆为同心圆柱面。面皆为同心圆柱面。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物12211ln2rrttLQ34433ln2rrttLQ23322ln2rrttLQ 多层圆筒壁的热传导计算，可参照多层平壁。多层圆筒壁的热传导计算，可参照多层平壁。 对于第一、对于第一、二、三层圆筒壁有二、三层圆筒壁有我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物根据各
23、层温度差之和等于总温度差的原则，整理上三式可得根据各层温度差之和等于总温度差的原则，整理上三式可得 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQniiiiinrrttLQ1111ln1)(2同理，对于同理，对于n层圆筒壁，穿过各层热量的一般公式为层圆筒壁，穿过各层热量的一般公式为 注：对于圆筒壁的稳定热传导，通过各层的热传导速率都是注：对于圆筒壁的稳定热传导，通过各层的热传导速率都是相同的，但是热通量却不相等。相同的，但是热通量却不相等。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物
24、LrrrLttRRttQff010121121ln21 分析：当分析：当r r1 1不变、不变、r r0 0增大时，热阻增大时，热阻R R1 1增大，增大，R R2 2减小，因此有减小，因此有可能使总热阻（可能使总热阻（R R1 1+R+R2 2）下降，导致热损失增大。下降，导致热损失增大。 通常，热损失随着保温层厚度的增加而减少。对于小直径圆通常，热损失随着保温层厚度的增加而减少。对于小直径圆管外包扎性能不良的保温材料，随着保温层厚度的增加，可能管外包扎性能不良的保温材料，随着保温层厚度的增加，可能反而使热损失增大。反而使热损失增大。 假设保温层内表面温度为假设保温层内表面温度为t t1 1
25、，环境温度为环境温度为t tf f，保温层的内保温层的内、外半径分别为、外半径分别为r r1 1和和r r0 0，保温层的导热系数为保温层的导热系数为，保温层外壁保温层外壁与空气之间的对流传热系数为与空气之间的对流传热系数为。热损失为：热损失为：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物上式对上式对r r0 0求导，可求出当求导，可求出当Q Q最大时的临界半径，即最大时的临界半径，即01)/ln()11)(22012010rrrrrttLdrdQoof解得解得 r0=/当保温层的外径当保温层的外径d
26、do o 2/2/时，增加保温层的厚度才使热损失时，增加保温层的厚度才使热损失减少。减少。对管径较小的管路包扎对管径较小的管路包扎较大的保温材料时，要核算较大的保温材料时，要核算d d0 0是否是否小于小于d dc c。所以，临界半径为所以，临界半径为 rc=/ 或或 dc=2/我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例例 在一在一 603.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数的氧化镁粉，平均导热系数=0.07W/m，外层为外层为
27、20mm的石棉层，其平均导热系数的石棉层，其平均导热系数=0.15W/m。现用热电偶测得管现用热电偶测得管内壁温度为内壁温度为500，最外层表面温度为，最外层表面温度为80，管壁的导热系数，管壁的导热系数=45W/m。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQ解：每米管长的热损失解：每米管长的热损失此处，此处，r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09m我吓了一跳，蝎子
28、是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物mwLQ/4.19107.009.0ln15.0103.007.0ln07.010265.003.0ln451)80500(14.32保温层界面温度保温层界面温度t323212131ln1ln1)(2rrrrttLQ03.007.0ln07.010265.003.0ln451)500(14.324.1913t解得解得 t3=131.2 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物对流传
29、热对流传热：是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。切相关。 当流体作层流流动时，在垂直于流体流动方向上的热量传递，当流体作层流流动时，在垂直于流体流动方向上的热量传递，主要以热传导（亦有较弱的自然对流）的方式进行。主要以热传导（亦有较弱的自然对流）的方式进行。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物传热过程传热过程高温流体高温流体湍流主体湍流
30、主体壁面两侧壁面两侧层流底层层流底层湍流主体湍流主体低温流体低温流体q湍流主体湍流主体对流传热对流传热温度分布均匀温度分布均匀p层流底层层流底层导热导热温度梯度大温度梯度大p壁面壁面导热导热(导热系数较导热系数较流体大流体大)有温度梯度有温度梯度不同区域的不同区域的传热特性：传热特性：传热边界层传热边界层（thermal boundary layer） ：温度边界层。温度边界层。有温度梯度较大的区域。有温度梯度较大的区域。传热的热阻即主要几种在此层传热的热阻即主要几种在此层中中。温度温度距离距离TTwtwt热流体热流体冷流体冷流体传热壁面传热壁面湍流主体湍流主体湍流主体湍流主体传热壁面传热壁面
31、层流层流底层底层层流层流底层底层传热方向传热方向对流传热示意图对流传热示意图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物式中式中 Q对流传热速率，对流传热速率，W； A传热面积，传热面积，m2 t对流传热温度差，对流传热温度差， t= T-TW或或t= t-tW，； T热流体平均温度，热流体平均温度，； TW与热流体接触的壁面温度，与热流体接触的壁面温度，； t冷流体的平均温度，冷流体的平均温度，； tW与冷流体接触的壁面温度，与冷流体接触的壁面温度，； a对流传热系数对流传热系数(heat trans
32、fer confficient)，W/m2K（或或W/m2）。）。 RtATTQw1上式称为上式称为牛顿冷却定律牛顿冷却定律。 简化处理：认为流体的全部温度差集中在厚度为简化处理：认为流体的全部温度差集中在厚度为t的有效膜的有效膜内，但有效膜的厚度内，但有效膜的厚度t又难以测定，所以以又难以测定，所以以代替代替/t 而用下式而用下式描述对流传热的基本关系描述对流传热的基本关系 Q= A（T-Tw）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1 流体的状态：流体的状态：液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有
33、相变。有相液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变。有相 变时对流传热系数比无相变化时大的多；变时对流传热系数比无相变化时大的多； 2 流体的物理性质：流体的物理性质：影响较大的物性如密度影响较大的物性如密度、比热比热cp、导热系数导热系数 、粘度粘度等；等；3 流体的运动状况：流体的运动状况：层流、过渡流或湍流；层流、过渡流或湍流；4 流体对流的状况：流体对流的状况：自然对流，强制对流；自然对流，强制对流；5 传热表面的形状、位置及大小：传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、管径、管如管、板、管束、管径、管 长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等
34、。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物),(tgclufpgkpatlgcluCl)()()(223gkaGrCNuPrRe无相变时，影响对流传热系数的主要因素可用下式表示：无相变时，影响对流传热系数的主要因素可用下式表示： 八个物理量涉及四个基本因次：质量八个物理量涉及四个基本因次：质量M，长度长度M，长度长度L，时间时间T，温度温度。通过因次分析可得，在无相变时，准数关系式为：通过因次分析可得，在无相变时，准数关系式为：即即我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽
35、的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物准数符号及意义准数符号及意义我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 准数关联式是一种经验公式，在利用关联式求对流传热系准数关联式是一种经验公式，在利用关联式求对流传热系数时，不能超出实验条件范围。数时，不能超出实验条件范围。在应用关联式时应注意以下几点：在应用关联式时应注意以下几点：1 1、应用范围、应用范围2 2、特性尺寸、特性尺寸 无因次准数无因次准数Nu、Re等中所包含的传热面尺寸称等中所包含的传热面尺寸称为特征尺寸。通常
36、是选取对流体流动和传热发生主要影响的尺为特征尺寸。通常是选取对流体流动和传热发生主要影响的尺寸作为特征尺寸。寸作为特征尺寸。3 3、定性温度、定性温度 流体在对流传热过程中温度是变化的。确定准流体在对流传热过程中温度是变化的。确定准数中流体物理特性参数的温度称为定性温度。一般定性温度有数中流体物理特性参数的温度称为定性温度。一般定性温度有三种取法：进、出口流体的平均温度，壁面平均温度，流体和三种取法：进、出口流体的平均温度，壁面平均温度，流体和壁面的平均温度（膜温）。壁面的平均温度（膜温）。4 4、准数是一个无因次数群，其中涉及到的物理量必须用统一、准数是一个无因次数群，其中涉及到的物理量必须
37、用统一的单位制度。的单位制度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 npiicudd)()(023. 08 . 0Nu=0.023Re0.8Prn 式中式中n值视热流方向而定，当流体被加热时，值视热流方向而定，当流体被加热时，n=0.4，被冷却时，被冷却时，n=0.3。应用范围应用范围 ： Re10000，0.7Pr60。若若 L/di1000010000，0.70.7Pr16700Pr6060。特性尺寸特性尺寸 取管内径取管内径定性温度定性温度 除除w w取壁温外，均为流体进、出口温度的算取壁
38、温外，均为流体进、出口温度的算 术平均值。术平均值。当液体被加热时当液体被加热时（/w）0.14=1.05当液体被冷却时当液体被冷却时（/w）0.14=0.95 对于气体，不论加热或冷却皆取对于气体，不论加热或冷却皆取1。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例：例： 常压下，空气以常压下，空气以15m/s的流速在长为的流速在长为4m，603.5mm的的钢管中流动，温度由钢管中流动，温度由150升到升到250。试求管壁对空气的对。试求管壁对空气的对流传热系数。流传热系数。 解：此题为空气在圆形直管
39、内作强制对流解：此题为空气在圆形直管内作强制对流 定性温度定性温度 t=（150+250）/2=200 查查200时空气的物性数据（附录）如下时空气的物性数据（附录）如下 Cp=1.026103J/kg. =0.03928W/m. =26.010-6N.s/m2 =0.746kg/m3 Pr=0.68特性尺寸特性尺寸 d=0.060-20.0035=0.053m l/d=4/0.053=75.550 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Re=du/=(0.05315 0.746)/(0.6 10
40、-5) =2.28 104 104(湍流湍流)Pr=cp/=(1.026 103 26.0 10-5)/0.03928=0.688 .444 .60053. 003928. 0NudW/m2 本题中空气被加热本题中空气被加热,k=0.4代入代入 Nu=0.023Re0.8Pr0.4 =0.023(22800)0.8(0.68)0.4 =60.4 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 流体在圆形直管内作强制滞流时，应考虑自然对流及热流流体在圆形直管内作强制滞流时，应考虑自然对流及热流方向对对流传热
41、系数的影响。方向对对流传热系数的影响。当自然对流的影响比较小且可被忽略时，按下式计算：当自然对流的影响比较小且可被忽略时，按下式计算： Nu=1.86Re1/3Pr1/3（di/L）1/3（/w）0.14 应用范围：应用范围： Re2300，0.6Pr100。 特性尺寸：取管内径特性尺寸：取管内径di 定性温度：定性温度： 除除w取壁温外，均为流体进、出口温度的取壁温外，均为流体进、出口温度的 算术平均值。算术平均值。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 当自然对流的影响不能忽略时，而自然对流的
42、影响又因管当自然对流的影响不能忽略时，而自然对流的影响又因管子水平或垂直放置以及流体向上或向下流动方向不同而异。子水平或垂直放置以及流体向上或向下流动方向不同而异。对水平管，按下式计算对水平管，按下式计算应用范围：应用范围：Re50； 当管子较短，当管子较短，l/d3000定性温度：流体进、出口温度的平均值。定性温度：流体进、出口温度的平均值。定性尺寸：管外径，流速取每排管子中最狭窄通道处的流速。定性尺寸：管外径，流速取每排管子中最狭窄通道处的流速。管排数为管排数为10，若不为，若不为10时，计算结果应校正。时，计算结果应校正。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽
43、的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 换热器内装有圆缺形挡板（缺口面积为换热器内装有圆缺形挡板（缺口面积为25%的壳体内截面的壳体内截面积）时，壳方流体的对流传热系数的关联式为：积）时，壳方流体的对流传热系数的关联式为：（1）多诺呼法）多诺呼法 Nu=0.23Re0.6Pr1/3（/w）0.14应用范围应用范围: Re=(23)104 特性尺寸特性尺寸: 取管外径，流速取每排管子中最狭窄通道处的流速。取管外径，流速取每排管子中最狭窄通道处的流速。 定性温度定性温度: 除除w取壁温外，均为取壁温外，均为流体进、出口温度的算流体进、出口温度的算 术平均值。术平均值
44、。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（2）凯恩法）凯恩法 Nu=0.36Re0.55Pr1/3（/w）0.14注注：若换热器的管间无挡板，管外流体沿管束平行流动，则：若换热器的管间无挡板，管外流体沿管束平行流动，则仍用管内强制对流的公式计算，只须将公式中的管内径改为管仍用管内强制对流的公式计算，只须将公式中的管内径改为管间的当量直径。间的当量直径。 应用范围应用范围: Re=21031 105 特性尺寸特性尺寸: 取当量直径，管子排列不同，计算公式也不同。取当量直径，管子排列不同，计算公式也不
45、同。 定性温度定性温度: 除除w取壁温外，均为取壁温外，均为流体进、出口温度的算流体进、出口温度的算 术平均值。术平均值。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Nu=c（GrPr）n定性温度定性温度: 取膜的平均温度，即壁面温度和流体平均温度的算取膜的平均温度，即壁面温度和流体平均温度的算 术平均值。术平均值。式中的式中的c、n值见表值见表我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物蒸汽冷凝有蒸汽冷凝有膜状
46、冷凝膜状冷凝和和滴状冷凝滴状冷凝两种方式。两种方式。膜状冷凝膜状冷凝：由于冷凝液能润湿壁面，因而能形成一层完整：由于冷凝液能润湿壁面，因而能形成一层完整的膜。在整个冷凝过程中，冷凝液膜是其主要热阻。的膜。在整个冷凝过程中，冷凝液膜是其主要热阻。滴状冷凝滴状冷凝：若冷凝液不能润湿避免，由于表面张力的作若冷凝液不能润湿避免，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此中冷用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝称为。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。凝称为。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。蒸汽冷凝时的传热推动力是蒸汽的饱和温度与壁面温度之差。蒸汽冷凝时的传热
47、推动力是蒸汽的饱和温度与壁面温度之差。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4132)(943.0tlgr4132)(725.0tdngr1.1.1 在垂直管或垂直板上作膜状冷凝在垂直管或垂直板上作膜状冷凝1.1.2 水平管壁上作膜状冷凝水平管壁上作膜状冷凝式中式中 l垂直板或管的高度垂直板或管的高度 、冷凝液的密度、导热系数、粘度冷凝液的密度、导热系数、粘度 r饱和蒸汽的冷凝潜热饱和蒸汽的冷凝潜热 t蒸汽的饱和温度和壁面温度之差蒸汽的饱和温度和壁面温度之差 d管子外径管子外径 n管束在垂直面上的
48、列数管束在垂直面上的列数 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物不凝性气体的影响不凝性气体的影响 在蒸汽冷凝时不凝性气体在液在蒸汽冷凝时不凝性气体在液膜表面形成一层气膜，使传热阻力加大，冷凝对流传热系数膜表面形成一层气膜，使传热阻力加大，冷凝对流传热系数降低降低。蒸汽流速和流向的影响蒸汽流速和流向的影响冷却壁面的高度及布置方式冷却壁面的高度及布置方式流体物性流体物性我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生
49、物 对液体对流加热时，在液相内部伴有由液相变成气相的对液体对流加热时，在液相内部伴有由液相变成气相的过程称为过程称为沸腾沸腾。工业上沸腾的方法有两种：工业上沸腾的方法有两种：(1) 管内沸腾管内沸腾：液体在管内流动时受热沸腾。：液体在管内流动时受热沸腾。(2) 大溶积沸腾（池内沸腾）大溶积沸腾（池内沸腾）：加热壁面浸没在液体：加热壁面浸没在液体中，液体在壁面受热沸腾。中，液体在壁面受热沸腾。沸腾传热的应用：精馏塔的再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉等。沸腾传热的应用：精馏塔的再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉等。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我
50、的猜测没有错：表里边有一个活的生物温度差温度差tqABCD 线线 q线线 液体沸腾传热过程的推动力是加热面温度和液体饱和温液体沸腾传热过程的推动力是加热面温度和液体饱和温度之差。在大空间内沸腾时，随着此温度差的不同，过程中度之差。在大空间内沸腾时，随着此温度差的不同，过程中的对流传热系数的对流传热系数和热流密度和热流密度q都发生变化。都发生变化。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 根据传热温差的变化，可将液体沸腾传热过程分为以下根据传热温差的变化，可将液体沸腾传热过程分为以下四个阶段：四个阶段