第五章传热ppt课件.ppt

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1、1p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了解强化传热的措施了解强化传热的措施。本章重点和难点本章重点和难点第四章第四章 传热传热2第四章第四章 传热传热3一、传热在食品工程中的应用一、传热在食品工程中的应用（）食品生产中一般必要的加热、冷却过程；（）食品生产中一般必要的加热、冷却过程；（）为延长食品贮藏时间而进行的杀菌或冷藏；（）为延长食品贮藏时间而进行的杀菌或冷藏；（）以除去食品中水分为目的的蒸发或结晶过程的加热或冷（）以除去食品中水分为目的的蒸发或结晶过程的加热或冷却；却；（）为食品完成

2、一定生物化学变化而进行的蒸煮、焙烤等。（）为食品完成一定生物化学变化而进行的蒸煮、焙烤等。第一节第一节 概述概述4二、传热的基本方式二、传热的基本方式热传导热传导( (conduction);conduction);热对流热对流( (convection);convection);热辐射热辐射( (radiation)radiation)。 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，传热的基本方式有三种：第一节第一节 概述概述5 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

3、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对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。流。 热对流仅发生在流体中。热对流仅发生在流体中。第一节第一节 概述概述6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。流动的原因不同，对流传热的规律也不同。 在同

4、一流体中有可能同时发生自然对流和强制对流。在同一流体中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。生相对位移，这种对流称为自然对流。第一节第一节 概述概述73 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

5、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。第一节第一节 概述概述8 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

6、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间的函数，即 t = f (x，y，z，) (4-1) 第二节第二节 热传导热传导一、一、 傅立叶定律（经验定律）傅立叶定律（经验定律）1 1 温度场和温度梯度温度场和温度梯度9 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

7、如果各点温度随时间而改变。温度场内如果各点温度随时间而改变。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。10 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),(),(xtxxtxxtgradtx),(),(lim0 对于一维温度场，等温面对于一

8、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。11xtdAdQ 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

9、，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 thermal conductivityconductivity) )，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。 2 2 傅立叶定律傅立叶定律12ndSQt+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2 2 傅立叶定律傅立叶定律13 负号表示传热方向与温度梯度方向相反负号表示传热方向与温度梯度方向相反ntSQqdd 表征材料导热性能的物性参数。表征材料导热性能的物性参数。 越大，导热性能越好，

10、越大，导热性能越好，是物质的物理性质之一，其值与物质的组成、结构、密度、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。温度及压强有关。 用热通量来表示用热通量来表示 对一维稳态热传导对一维稳态热传导 dxdtSQdd2 2 傅立叶定律傅立叶定律xtdAdQ14(2) 是分子微观运动的宏观表现。是分子微观运动的宏观表现。(1) 在数值上等于单位温度梯度下的热通量。在数值上等于单位温度梯度下的热通量。 = f(结构结构,组成组成,密度密度,温度温度,压力）压力）(3) 各种物质的导热系数各种物质的导热系数 金属固体金属固体 非金属固体非金属固体 液体液体 气体气体 2 2 傅

11、立叶定律傅立叶定律xtdAdQ15)1 (0at在一定温度范围内：在一定温度范围内：式中式中 0, 0, t时的导热系数，时的导热系数，W/(mK)； a 温度系数。温度系数。 对大多数金属材料对大多数金属材料a 0 ， t 1)1)固体固体 金属：金属： 纯金属纯金属 合金合金 非金属：同样温度下，非金属：同样温度下， 越大，越大， 越大。越大。2 2 傅立叶定律傅立叶定律xtdAdQ162)2)液体液体 金属液体金属液体 较高，非金属液体较高，非金属液体 低，水的低，水的 最大。最大。 t （除水和甘油）（除水和甘油） 一般来说，纯液体的大于溶液一般来说，纯液体的大于溶液3)3)气体气体

12、t 气体不利用导热，但可用来保温或隔热。气体不利用导热，但可用来保温或隔热。2 2 傅立叶定律傅立叶定律xtdAdQ17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。二、平壁的稳定热传导二、平壁的稳定热传导1 1 单层平壁的热传导

13、单层平壁的热传导18dxdtAQRtAbttttAbQ2121)( 式中式中tt=t=t1 1-t-t2 2为导热的推动力为导热的推动力( (driving force)driving force)，而而R=R=b/Ab/A则为导热的热阻则为导热的热阻( (thermal resistance)thermal 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：积分边界条件：当当x x=0=0时，时，t= tt= t1 1；x=bx=b时，时，t= tt= t2 2，bt1t2Qtt1t2obx19如图所示：以三层平壁为例如图所示：以三

14、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 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，皆视为皆视为常数；常数；层与层之间接触良好，相互接层与层之间接触良好，相互接触的表面上温度相等，各等温面触的表面上温度相等，各等温面亦皆为垂直于亦皆为垂直于x x轴的平行平面。轴的平行平面。壁的面积为壁的面积为A A，在稳定导热过程在稳定导热过程中，穿过各层的热量必相等。中，穿过各层的热量必相等。2 2 多层平壁的稳定热传导多层平壁的稳定热传导20)(21111ttAbQ121111tt

15、tAbQ33133tAbQ2222tAbQ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)(tttAbAbAbQQb1b2b3xtt1t2t3t421)()(33221141332211321AbAbAbttAbAbAbtttQ32141321321RRRttRRRtttQRttAbttQnniiiin11011同理，对具有同理，对具有n层的平壁，穿过各层的平壁，穿过各层热量的一般公式为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。层平壁的壁层序号。 Qb1b2b3xtt1t2t3t422例：某冷库外壁内、外层砖壁厚均为例

16、：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

17、 . 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 k。按热流密度公式计算按热流密度公式计算q q：23Qt2t1r1rr2drL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

18、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。圆筒壁与平壁不同的是其面积壁与平壁不同的是其面积A A随随半径而变化半径而变化, ,是个变量是个变量. .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。三、圆筒壁的稳定热传导三、圆筒壁的稳定热传导1 1 单层圆筒壁的稳定热传导单层圆筒壁的稳定热传导24drdtrLdrdtAQ21221l

19、n2rrttLQ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，对此薄圆筒层可写根据傅立叶定律，对此薄圆筒层可写出传导的热量为出传导的热量为上式也可写成与平壁热传导上式也可写成与平壁热传导速率方程相类似的形式，即速率方程相类似的形式，即122121)()(rrttAbttAQmmQt2t1r1rr2drL25LrrrrrLAmm2ln)(212121212lnrrrrrm12121212ln22ln)(2AAAALrLrrrLAm两式相比较，可得两式相比较，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

20、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）/2122121)()(rrttAbttAQmm1221ln2rrttLQ26r1r2r3r4t1t2t3t4 对稳定导热过程，单位时间内由多层壁所传导的对稳定导热过程，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。热量，亦即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

21、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。2 2 多层圆筒壁的稳定热传导多层圆筒壁的稳定热传导2712211ln2rrttLQ34433ln2rrttLQ23322ln2rrttLQ 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、二、三层圆筒壁有对于第一、二、三层圆筒壁有r1r2r3r4t1t2t3t428根据各层温度差之和等于总温度差的原根据各层温度差之和等于总温度差的原则，整

22、理上三式可得则，整理上三式可得 34323212141ln1ln1ln1)(2rrrrrrttLQniiiiinrrttLQ1111ln1)(2同理，对于同理，对于n层圆筒壁，穿过各层圆筒壁，穿过各层热量的一般公式为层热量的一般公式为 注：对于圆筒壁的稳定热传导，通过注：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，但是热各层的热传导速率都是相同的，但是热通量却不相等。通量却不相等。r1r2r3r4t1t2t3t429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/

23、m，外层为外层为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

24、30mwLQ/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 31对流传热对流传热：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，它是依靠是依靠流体质点的移动流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。切相关。 -对流传热服从牛顿冷却定律，也

25、称牛顿传热定律。对流传热服从牛顿冷却定律，也称牛顿传热定律。 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。 第三节第三节 对流传热对流传热一、对流传热的基本概念一、对流传热的基本概念32传热过程传热过程高温流体高温流体湍流主体湍流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

26、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。传热的热阻即主要集中在此层传热的热阻即主要集中在此层中中。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33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

27、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 transfer 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的有效膜的有效膜内，但有效膜的厚度内，但有效膜的厚度又难以测定，所以以又难以测定，所以以代替代替/ 而用下式描而用下式描述对流

28、传热的基本关系述对流传热的基本关系 Q= A（T-Tw）二、对流传热速率二、对流传热速率34蒸汽冷凝有蒸汽冷凝有膜状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。用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下。-在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。在实际生产过程中

29、，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。蒸汽冷凝时的传热推动力是蒸汽的饱和温度与壁面温度之差。35影响蒸汽冷凝传热的因素：影响蒸汽冷凝传热的因素：）蒸汽的流速和流向：相对速度较大时，若蒸汽与液膜流向相同，）蒸汽的流速和流向：相对速度较大时，若蒸汽与液膜流向相同，蒸汽加速冷凝液的的流动，使膜厚减小，蒸汽加速冷凝液的的流动，使膜厚减小，增大；若逆向流动，则增大；若逆向流动，则相反。如逆向流速很大，可能冲散液膜时，则相反。如逆向流速很大，可能冲散液膜时，则增大。增大。）不凝气体的含量：如空气，不凝气体逐渐累积后形成导热系数）不凝气体的含量：如空气，不凝气体逐渐累积后

30、形成导热系数很低的气膜，使热阻增大，很低的气膜，使热阻增大， 降低。降低。）蒸汽的过热程度：如蒸汽过热程度较高，将有相当部分壁面用）蒸汽的过热程度：如蒸汽过热程度较高，将有相当部分壁面用于过热蒸汽的冷却，在蒸汽内部存在温度梯度和热阻，从而大大降于过热蒸汽的冷却，在蒸汽内部存在温度梯度和热阻，从而大大降低低。因此，工业上一般不采用过热蒸汽作为加热热源。因此，工业上一般不采用过热蒸汽作为加热热源。）液膜的厚度：热阻集中于液膜。）液膜的厚度：热阻集中于液膜。-设法减小液膜厚度是强化冷凝传热的有效措施。设法减小液膜厚度是强化冷凝传热的有效措施。36减小液膜厚度的方法：减小液膜厚度的方法：）对垂直壁面，

31、可在壁面上开若干纵向沟槽使冷凝液沿沟流下，）对垂直壁面，可在壁面上开若干纵向沟槽使冷凝液沿沟流下，可减薄其壁面上的液膜厚度，强化冷凝传热过程；可减薄其壁面上的液膜厚度，强化冷凝传热过程；）对于水平布置的管束，可设法减少垂直方向上管排的数目）对于水平布置的管束，可设法减少垂直方向上管排的数目或将管束改为错列，防止冷凝液从上部各排管子流到下部管排或将管束改为错列，防止冷凝液从上部各排管子流到下部管排使液膜变厚，也可提高平均传热系数。使液膜变厚，也可提高平均传热系数。37 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

32、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) 大容积沸腾（池内沸腾）大容积沸腾（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。三、液体沸腾时的对流传热系数三、液体沸腾时的对流传热系数3.13.1沸腾传热的特点沸腾传热的特点38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

33、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。3.2 3.2 液体的沸腾过程液体的沸腾过程39 根据传热温差的变化，可将液体沸腾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：传热过程分为以下四个阶段：(1) 自然对流阶段自然对流阶段 如如AB段所示，温差小，无明显沸腾现象。此阶段段所示，温差小，无明显沸腾现象。此阶段和和q均均很小，且随着温差增大而缓慢增加。很小，且随着温差增大而缓慢增加。(2) 泡核沸腾阶段泡核沸腾阶段 如如BC段所示，由于气泡运动

34、所产生的对流和扰动作用，段所示，由于气泡运动所产生的对流和扰动作用，此阶段此阶段和和q均随着温差增大而迅速增加。温差越大，汽化均随着温差增大而迅速增加。温差越大，汽化核心越多，气泡脱离表面越多，沸腾越强烈。核心越多，气泡脱离表面越多，沸腾越强烈。3.23.2液体的沸腾过程液体的沸腾过程温度差温度差tqABCD403）膜状沸腾阶段）膜状沸腾阶段 图中图中CD所示。因汽化核心所示。因汽化核心过多而形成不稳定汽膜，使加热过多而形成不稳定汽膜，使加热面与液体隔开，面与液体隔开， 和和q下降。下降。4）稳定膜状沸腾阶段）稳定膜状沸腾阶段 图中图中D点以后，汽泡在加热面上形成和发展。点以后，汽泡在加热面上

35、形成和发展。温度差温度差tqABCD41（1）温度差：温度差是控制沸腾传热的重要参数，）温度差：温度差是控制沸腾传热的重要参数，应尽量在应尽量在核状沸腾阶段操作核状沸腾阶段操作。（2）操作压力：提高操作压力可提高液体的饱和温度，从而）操作压力：提高操作压力可提高液体的饱和温度，从而使液体的粘度及表面张力均下降，有利于气泡的生成与脱离壁使液体的粘度及表面张力均下降，有利于气泡的生成与脱离壁面，其结果是强化了对流传热过程。面，其结果是强化了对流传热过程。（3）流体物性：气泡离开表面的快慢与液体对金属表面的浸）流体物性：气泡离开表面的快慢与液体对金属表面的浸润能力及液体的表面张力的大小有关表面张力小

36、，润湿能力润能力及液体的表面张力的大小有关表面张力小，润湿能力大的液体，形成的气泡易脱离表面，对沸腾传热有利。此外大的液体，形成的气泡易脱离表面，对沸腾传热有利。此外、等也有影响。等也有影响。（4）加热面的影响：加热面的材料、粗糙度的影响。）加热面的影响：加热面的材料、粗糙度的影响。3.3.影响沸腾传热的因素影响沸腾传热的因素42强化传热的目的：以最小的传热设备获得最大的生产能力。强化传热的目的：以最小的传热设备获得最大的生产能力。强化传热的途径：强化传热的途径：1、加大传热面积、加大传热面积 加大传热面积可以增大传热量，但设备增大，投加大传热面积可以增大传热量，但设备增大，投资和维费也随之增

37、加。可采用翅片或螺旋翅片管代替普通金属管。资和维费也随之增加。可采用翅片或螺旋翅片管代替普通金属管。2、增加平均温度差、增加平均温度差 在理论上可采取提高加热介质温度或降低冷却在理论上可采取提高加热介质温度或降低冷却介质温度的办法，但受客观条件（蒸汽压强、气温、水温）和工艺条介质温度的办法，但受客观条件（蒸汽压强、气温、水温）和工艺条件（热敏性等）的限制。提高蒸汽压强，设备造价会随之提高。在一件（热敏性等）的限制。提高蒸汽压强，设备造价会随之提高。在一定压强下，可以采取降低管道阻力的方法来提高加热蒸汽的压强。在定压强下，可以采取降低管道阻力的方法来提高加热蒸汽的压强。在一定条件下也可采用逆流代

38、替并流。一定条件下也可采用逆流代替并流。3、减少传热阻力、减少传热阻力 （1）减少壁厚或使用热导率较高的材料；（）减少壁厚或使用热导率较高的材料；（2）防）防止污垢形成或经常清除污垢；（止污垢形成或经常清除污垢；（3）加大流速，提高湍动程度，减少）加大流速，提高湍动程度，减少层流内层的厚度均有利于提高对流传热系数。层流内层的厚度均有利于提高对流传热系数。四、传热的强化四、传热的强化43 1、辐射能、辐射能 物质受热激发起原子的复杂运动，进而向外以电物质受热激发起原子的复杂运动，进而向外以电磁波的形式发射并传播的能量。接受这种电磁波的物体又将吸磁波的形式发射并传播的能量。接受这种电磁波的物体又将

39、吸收的辐射能转变成热能。收的辐射能转变成热能。10-101010110210410610-410-210-6射线射线无线电波无线电波微波微波X射线射线紫外紫外热射线（热射线（0.4-40m)红外红外能被物体吸收而转变成热能的辐射线称作能被物体吸收而转变成热能的辐射线称作热射线。热射线。2、电磁波的波长范围及热射线、电磁波的波长范围及热射线 第五节第五节 热辐射热辐射一、基本慨念一、基本慨念c频率波长光速443、吸收率、吸收率 A，反射率反射率 R 和透过率和透过率 T（Absorption,Reflection and Transmissivity )4、黑体、白体和透体、黑体、白体和透体黑体

40、黑体 A=1 白体白体 R=1 透体透体 T=1TRAQQQQ1QQQQQQTRA1TRA根据能量守恒定律：根据能量守恒定律：455、灰体和黑度、灰体和黑度 灰体：灰体： 能吸收从能吸收从0无穷长的所有波长范围的辐射能且吸收无穷长的所有波长范围的辐射能且吸收率相等的物体称灰体。率相等的物体称灰体。 生产上遇到的大部分固体和液体称作生产上遇到的大部分固体和液体称作“灰体灰体”。-只能部分吸收发射来的热射线，其余部分需反射回去。只能部分吸收发射来的热射线，其余部分需反射回去。即即A+R1T0 第五节第五节 热辐射热辐射一、基本慨念一、基本慨念46小结：小结：p掌握导热、对流换热的基本规律掌握导热、对流换热的基本规律p了解强化传热的措施了解强化传热的措施。