換熱器設(shè)計(jì)傳熱學(xué)基礎(chǔ)

1、鄭州大學(xué)化工設(shè)備研究所： 王培萍電 話： 13523527226 0371-63887306Email: wppyhh@zzu.edu.cn網(wǎng) 址： www.henanpv.cn,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),換熱器設(shè)計(jì)傳熱學(xué)基礎(chǔ),1.5 化工生產(chǎn)中的傳熱過程及常見換熱器,1.2 傳導(dǎo)傳熱,1.3 對(duì)流傳熱,1.6 間壁式熱交換的計(jì)算,1.7 傳熱過程的強(qiáng)化,1. 1 傳

2、熱基本理論的應(yīng)用,1.4 熱輻射,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),3,1.1生產(chǎn)生活中的傳熱學(xué)應(yīng)用,自然界與生產(chǎn)過程到處存在溫差 ? 傳熱很普遍,a 夏天人在同樣溫度（如：25度）的空氣和水中的感覺不一樣。為什么？,b 北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保溫。如何解釋其道理？越厚越好？,(1) 日常生活中的例子：,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),4,（2)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域大量存在傳熱問題,a 航空航天：衛(wèi)星與空間站熱控制；空間飛行器重返大氣

3、層冷卻；超高音速飛行器冷卻；,b 微電子： 電子芯片冷卻c 生物醫(yī)學(xué)：腫瘤高溫?zé)岑煟簧镄酒?；組織與器官的冷凍保存d 軍 事：飛機(jī)、坦克；激光武器；彈藥貯存e 制 冷：跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)/熱泵；高溫水源熱泵f 新能源：太陽(yáng)能；燃料電池,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),5,(3) 工程實(shí)踐中大量存在傳熱問題,例如：熱源和冷源設(shè)備的選擇、配套和合理有效利用；供熱通風(fēng)空調(diào)及燃?xì)猱a(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究；各種供熱設(shè)備管道的

4、保溫材料及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的研制及其熱物理性質(zhì)的測(cè)試、熱損失的分析計(jì)算；各類換熱器的設(shè)計(jì)、選擇和性能評(píng)價(jià)；建筑物的熱工計(jì)算和環(huán)境保護(hù)等。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),6,1.2熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）,1.2.1定義和特征定義：指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象。物質(zhì)的屬性：可以在固體、液體、氣體中發(fā)生,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),7,1.2.2導(dǎo)熱的特點(diǎn)必須有溫差

5、物體直接接觸依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.2熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）,8,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.2熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）,9,1.2.3導(dǎo)熱機(jī)理氣體：氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果。導(dǎo)電固體：自由電子運(yùn)動(dòng)。非導(dǎo)電固體：晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。液體：很復(fù)雜。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.2熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）,10,?：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量[W],q：熱流密度，單

6、位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量,平壁的厚度[m]；,A：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積[m2],：平壁兩側(cè)壁溫之差,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.2 傳導(dǎo)傳熱,1.2.1.熱傳導(dǎo)基本方程——傅里葉定律（Fourier）,11,當(dāng)溫度t沿x方向增加時(shí)，dt/dx>0，q<0，說(shuō)明熱量沿x減小的方向傳遞；反之，dt/dx<0，q<0，說(shuō)明熱量沿x增加的方向傳遞。,為溫度梯度，負(fù)號(hào)表示熱流密度的方向與溫

7、度梯度的方向相反。即熱量傳遞的方向與溫度升高的方向相反。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.2 傳導(dǎo)傳熱,12,熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）,—— 具有單位溫度差（1K）的單位厚度的物體(1m)，在它的單位面積上(1m2)、每單位時(shí)間(1s)的導(dǎo)熱量(J)。單位：w/(m.K),熱導(dǎo)率表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個(gè)參數(shù)，為物質(zhì)性質(zhì)之一。熱導(dǎo)率越大，物質(zhì)的導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。熱導(dǎo)率的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)（溫度、濕度、壓強(qiáng)）等因素有關(guān)

8、。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),13,不同物質(zhì)的導(dǎo)熱性能不同：,0?C時(shí)：,當(dāng)λ<0.2 W/(m℃)時(shí)，這種材料稱為保溫材料。高效能的保溫材料多為蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.2.2 熱傳導(dǎo)之導(dǎo)熱系數(shù),14,同一種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)也會(huì)因其狀態(tài)參數(shù)的不同而改變，因而導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)溫度和壓力的函數(shù)。,工程中，一般把導(dǎo)熱系數(shù)僅僅視為溫度的函數(shù)，而且在一定溫度范圍還可以用一種線性關(guān)系來(lái)描述,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1

9、.2.2 熱傳導(dǎo)之導(dǎo)熱系數(shù),15,關(guān)于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)：,與液體和固體相比，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)最小，對(duì)導(dǎo)熱不利，但卻有利于保溫和絕熱。工業(yè)上所使用的保溫材料（如玻璃棉等）就是因?yàn)槠淇障吨杏写罅快o止的空氣，所以其導(dǎo)熱系數(shù)很小，適用于保溫隔熱。 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而增大；這與溫度升高后氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，碰撞機(jī)會(huì)增多有關(guān)。而在相當(dāng)大的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨壓強(qiáng)的變化很小，可以忽略不計(jì)，只有當(dāng)壓強(qiáng)很高（大于200M

10、Pa）或很低（小于2.7kPa）時(shí)，才應(yīng)考慮壓強(qiáng)的影響，此時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)隨壓強(qiáng)的升高而增大。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),16,常壓下氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)可用下式估算：,?m——?dú)怏w混合物的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m?℃；?i——?dú)怏w混合物中i組分的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m?℃；yi——?dú)怏w混合物中i組分的摩爾分?jǐn)?shù)；Mi——?dú)怏w混合物中i組分的摩爾質(zhì)量，kg/kmol。,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),關(guān)于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)：,17,關(guān)于液體的導(dǎo)熱系數(shù),液體可分

11、為金屬液體（液態(tài)金屬）和非金屬液體。液態(tài)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比一般液體的高，其中熔融的純納具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，大多數(shù)金屬液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而降低。在非金屬液體中，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。通常純液體的導(dǎo)熱系數(shù)較其溶液的要大。液體的導(dǎo)熱系數(shù)基本上與壓強(qiáng)無(wú)關(guān)。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),18,液體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏的情況下，可按下法估算：有機(jī)化合物水溶液的導(dǎo)熱系數(shù)估算式為

12、 有機(jī)化合物的互溶混合液的導(dǎo)熱系數(shù)估算式為 上兩式中x和λ分別為混合液中i組分的質(zhì)量分率及與混合液相同溫度下i組分的導(dǎo)熱系數(shù)。,,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),關(guān)于液體的導(dǎo)熱系數(shù),19,關(guān)于固體的導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱性能與導(dǎo)電性能密切相關(guān)，一般而言，良

13、好的導(dǎo)電體必然是良好的導(dǎo)熱體，反之亦然。在所有固體中，金屬的導(dǎo)熱性能最好。大多數(shù)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而降低，隨著純度的增加而增大，也即合金比純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)要低。 非金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)與其組成、結(jié)構(gòu)的緊密程度及溫度有關(guān)。大多數(shù)非金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)隨密度增加而增大；在密度一定的前提下，其導(dǎo)熱系數(shù)與溫度呈線性關(guān)系，隨溫度升高而增大。 在導(dǎo)熱過程中導(dǎo)熱體內(nèi)的溫度沿傳熱方向發(fā)生變化，其導(dǎo)熱系數(shù)也在變化，但在工程計(jì)

14、算中，為簡(jiǎn)便起見通常使用平均導(dǎo)熱系數(shù)。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),20,表1-1 物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)量級(jí),河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),21,1） 傳熱速率Q（熱流量）： 指單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面的熱量。整個(gè)換熱器的傳熱速率表征了換熱器的生產(chǎn)能力，單位為W；2 ）熱通量q ： 指單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積所傳遞的熱量。在一定的傳熱速率下，q越大，所需的傳熱面積越小。因此，熱通量是反映傳熱強(qiáng)度的指標(biāo)，又稱為熱流強(qiáng)度，單位為W/m2。,,1.

15、2.3導(dǎo)熱的幾個(gè)基本概念,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),22,對(duì)于間歇過程：傳熱系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度不僅隨位置變化且隨時(shí)間變化，稱為不穩(wěn)定傳熱（又稱非定態(tài)傳熱）。,3）穩(wěn)定傳熱（又稱定態(tài)傳熱） ：對(duì)于連續(xù)過程傳熱系統(tǒng)中不積累熱量，即輸入系統(tǒng)的熱量等于輸出系統(tǒng)的熱量。,穩(wěn)定傳熱的特點(diǎn)：傳熱速率Q為常數(shù)，并且系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度僅隨位置變化而與時(shí)間無(wú)關(guān)。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.2.3導(dǎo)熱的幾個(gè)基本概念,23,1.3傅立葉定律的應(yīng)用1.3.

16、1平壁導(dǎo)熱,1)單層平壁導(dǎo)熱 如圖所示，若平壁的面積A與厚度δ相比很大，則從邊緣處的散熱可以忽略，壁內(nèi)溫度只沿垂直于壁面的x方向發(fā)生變化，即所有等溫面是垂直于x軸的平面，且壁面的溫度不隨時(shí)間變化，則為一維穩(wěn)定導(dǎo)熱。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),X,24,由傅立葉定律導(dǎo)過平壁的熱流量：,,,,熱流密度：,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.1平壁導(dǎo)熱,25,例1：有三塊分別由純銅（熱導(dǎo)率λ1=398W/(m·K)）、黃銅

17、（熱導(dǎo)率λ2=109W/(m·K)）和碳鋼（熱導(dǎo)率λ3=40W/(m·K)）制成的大平板，厚度都為10mm，兩側(cè)表面的溫差都維持為tw1 – tw2 = 50℃不變，試求通過每塊平板的導(dǎo)熱熱流密度。解：,這是通過大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，對(duì)于純銅板，,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.1平壁導(dǎo)熱,26,對(duì)于黃銅板,對(duì)于碳鋼板,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.1平壁導(dǎo)熱,27,2)通過多層平壁的導(dǎo)熱,多層平壁：由幾

18、層不同材料組成,例：房屋的墻壁 — 白灰內(nèi)層、水泥沙漿層、紅磚（青磚）主體層等組成,假設(shè)各層之間接觸良好，可以近似地認(rèn)為接合面上各處的溫度相等,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),2.3.1平壁導(dǎo)熱,28,由和分比關(guān)系,推廣到n層壁的情況:,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.1平壁導(dǎo)熱,29,該式為多層平面壁的熱流量式，可以看出，過程的總推動(dòng)力為各層推動(dòng)力之和，總阻力為各層熱阻之和，即對(duì)多層壁面的定態(tài)熱傳導(dǎo)，傳熱推動(dòng)力和傳熱阻力具有加和性。,河南

19、省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.1平壁導(dǎo)熱,30,在推導(dǎo)多層壁導(dǎo)熱的公式時(shí)，假定了兩層壁面之間是保持了良好的接觸，要求層間保持同一溫度。而在工程實(shí)際中這個(gè)假定并不存在。因?yàn)槿魏喂腆w表面之間的接觸都不可能是緊密的。,在這種情況下，兩壁面之間只有接觸的地方才直接導(dǎo)熱，在不接觸處存在空隙。,實(shí)際上熱量是通過充滿空隙的流體的導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射的方式傳遞的，因而存在傳熱阻力，稱為接觸熱阻。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.1平壁導(dǎo)熱,31,接觸熱阻

20、是普遍存在的，而目前對(duì)其研究又不充分，往往采用一些實(shí)際測(cè)定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 通常，對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)較小的多層壁導(dǎo)熱問題接觸熱阻多不予考慮；但是對(duì)于金屬材料之間的接觸熱阻就是不容忽視的問題。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.1平壁導(dǎo)熱,32,例2：由三層材料組成的加熱爐爐墻。第一層為耐火磚。第二層為硅藻土絕熱層，第三層為紅磚，各層的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)分別為?1＝240mm ，?1=1.04W/(m?℃)， ?2＝50mm, ?2=0.15W

21、/(m?℃)，?3＝115mm, ?3=0.63W/(m?℃)。爐墻內(nèi)側(cè)耐火磚的表面溫度為1000℃。爐墻外側(cè)紅磚的表面溫度為60℃。試計(jì)算硅藻土層的平均溫度及通過爐墻的導(dǎo)熱熱流密度。解：,已知 ?1＝0.24m, ?1=1.04W/(m?℃) ?2＝0.05m, ?2=0.15W/(m?℃) ?3＝0.115m, ?3=0.63W/(m?℃) t1=1000℃ t2=60℃,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),3

22、3,硅藻土層的平均溫度為,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),34,例3：硫酸生產(chǎn)中SO2氣體是在沸騰爐中焙燒硫鐵礦而得到的，若沸騰爐的爐壁是由23cm厚的耐火磚（實(shí)際各區(qū)段的磚規(guī)格略有差異）、23cm厚的保溫磚（粘土輕磚）、5cm厚的石棉板及10cm厚的鋼殼組成。操作穩(wěn)定后，測(cè)得爐內(nèi)壁面溫度t1為900℃，外壁面溫度t5為80℃。試求每平方米爐壁面由熱傳導(dǎo)所散失的熱量，并求爐壁各層材料間交界面的溫度為多少？由于沸騰爐直徑大，可以將爐壁看作平面壁

23、，已知： 耐火磚， 保溫磚， 石棉磚, 鋼殼,,,,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),35,解：由題意根據(jù)多層平壁熱流量公式，得：,求耐火磚與保溫磚的交界面溫度t2,=806.8℃,=317.5℃,=81.1℃,求保溫磚與石棉板的交界面溫度t3,求石棉板與鋼殼的交界面溫度t4,計(jì)算結(jié)果表明，各分層熱阻越大則溫度降越大，沸騰爐壁主要溫度降在保溫磚和石棉板層。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作

24、網(wǎng),36,例4： A型分子篩制備中使用的間歇釜式反應(yīng)器，反應(yīng)釜的釜壁為5mm厚的不銹鋼板（ ）,釜夾套中通入0.12MPa飽和水蒸氣（t1＝105℃）進(jìn)行加熱，釜垢層內(nèi)壁面溫度t3為90℃，試計(jì)算釜壁的面積熱流量，并與無(wú)污垢層（設(shè)內(nèi)壁面溫度不變）作比較。,粘附內(nèi)壁的污垢層厚lmm（ ）,= 7579W·m-2,= 48000 W·m-2,解：,無(wú)污垢層時(shí)：,計(jì)算結(jié)果

25、表明，反應(yīng)釜內(nèi)壁面有無(wú)污垢層，面積熱流量相差數(shù)倍，在有的場(chǎng)合會(huì)相差數(shù)十倍，差別很大，說(shuō)明污垢層雖薄，但因其熱導(dǎo)率很小，對(duì)傳熱影響很大，熱阻主要集中在污垢層中，故生產(chǎn)中要設(shè)法避免垢層的形成或間隔一段時(shí)間要清除污垢層。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),37,1.3.2圓筒壁導(dǎo)熱1)單層圓筒壁導(dǎo)熱,化工生產(chǎn)中的導(dǎo)熱問題大多是圓筒壁中的導(dǎo)熱問題。例如，管式換熱器、蒸汽及液氨導(dǎo)管壁面中的傳熱過程等均屬于此類。它與平壁導(dǎo)熱的不同之

26、處在于： 溫度隨半徑而變；此時(shí)傅立葉定律應(yīng)改寫為圓筒壁的導(dǎo)熱面積隨半徑而變，S＝2πrL。,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),38,如圖所示，設(shè)圓筒壁的內(nèi)、外半徑分別為r1和r2長(zhǎng)度為L(zhǎng)；內(nèi)、外表面溫度分別為t1和t2，且t1 > t2 ；管材導(dǎo)熱系數(shù)為λ。則由傅立葉定律有： 因穩(wěn)定過程導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱速率為常數(shù)，若導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱系數(shù)可視為常數(shù)或可取平均值，則上式中僅包含溫度t和半徑r兩個(gè)

27、變量。,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.2圓筒壁導(dǎo)熱1)單層圓筒壁導(dǎo)熱,39,將上式分離變量，并根據(jù)r=r1，t=t1；r=r2，t=t2的邊界條件積分。即：積分得： 即為圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻。 上式為單層圓筒壁的導(dǎo)熱速率方程

28、式，該式也可以改寫成類似單層平壁的導(dǎo)熱速率計(jì)算式的形式。,,,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1)單層圓筒壁導(dǎo)熱,40,上式中 ，為圓筒壁的厚度，m。 若令上式中的 ，稱為圓筒壁的對(duì)數(shù)平均半徑；又根據(jù)圓筒壁的導(dǎo)熱面積計(jì)算式，可令 ，稱為圓筒壁的平均導(dǎo)熱面積。,,,,,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1)單層圓筒壁導(dǎo)熱,41,故上式可改寫為：跟傳熱平均

29、溫度差計(jì)算相類似地，當(dāng)r2/r1?2時(shí)，上式中的對(duì)數(shù)平均半徑也可用算術(shù)平均值代替。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1)單層圓筒壁導(dǎo)熱,42,2)多層圓筒壁導(dǎo)熱計(jì)算,,在工程上，多層圓筒壁的導(dǎo)熱情況比較常見。例如，在高溫或低溫管道的外部包上一層乃至多層保溫材料，以減少熱量（或冷量）損失；在反應(yīng)器或其他容器內(nèi)襯以工程塑料或其他材料，以減小腐蝕；在換熱器內(nèi)換熱管的內(nèi)、外表面形成污垢等等。與多層平壁相似，對(duì)于多層圓筒壁，其導(dǎo)熱速率方程可以表示為：,

30、河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),43,例5： 某管道外徑為2r，外壁溫度為t1，如外包兩層厚度均為r（即?2＝?3＝r）、導(dǎo)熱系數(shù)分別為?2和?3（ ?2 / ?3=2）的保溫材料，外層外表面溫度為t2。如將兩層保溫材料的位置對(duì)調(diào)，其他條件不變，保溫情況變化如何？由此能得出什么結(jié)論？解：,設(shè)兩層保溫層直徑分別為d2、d3和d4，則d3/d2=2，d4/d3=3/2。導(dǎo)熱系數(shù)大的在里面：,河南省壓力容器技

31、術(shù)協(xié)作網(wǎng),2)多層圓筒壁導(dǎo)熱計(jì)算,44,導(dǎo)熱系數(shù)大的在外面：,兩種情況散熱量之比為：,結(jié)論：導(dǎo)熱系數(shù)大的材料在外面，導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在里層對(duì)保溫更有利。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),2)多層圓筒壁導(dǎo)熱計(jì)算,45,1.3熱對(duì)流與對(duì)流換熱,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),46,1.3.1 定義與特征定義：流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對(duì)的宏觀運(yùn)動(dòng)而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。,流體中有溫差 — 熱對(duì)流必然同時(shí)伴隨

32、著熱傳導(dǎo)，自然界不存在單一的熱對(duì)流,對(duì)流換熱：流體與溫度不同的固體壁間接觸時(shí)的熱量交換過程,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3熱對(duì)流與對(duì)流換熱,47,對(duì)流換熱的特點(diǎn)對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱；不是基本傳熱方式導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3熱對(duì)流與對(duì)流換熱,48,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),49,1.3.2牛頓冷卻公式（1701）

33、,h — 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),— 固體壁表面溫度,— 流體溫度,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),50,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱系數(shù)）,—— 當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量。h是表征對(duì)流換熱過程強(qiáng)弱的物理量。,影響h因素：流動(dòng)原因、流動(dòng)狀態(tài)、流體物性（λμρ、cp)有無(wú)相變、壁面形狀大小等,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),51,1.3.3對(duì)流傳熱機(jī)理,對(duì)流傳熱是流體流動(dòng)過程中發(fā)生的熱量傳遞. 工業(yè)過程的流動(dòng)多為湍流狀

34、態(tài)，湍流流動(dòng)時(shí)，流體主體中質(zhì)點(diǎn)充分?jǐn)_動(dòng)與混合，所以在與流體流動(dòng)方向垂直的截面上，流體主體區(qū)的溫度差很小。,由于壁面的約束和流體內(nèi)部的摩擦作用，在緊靠壁面處總存在滯流底層，故主要熱阻及溫度差都集中在滯流底層。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),52,由于固體壁面對(duì)流體分子的吸附作用，使得壁面上的流體是處于不流動(dòng)或不滑移的狀態(tài)。,在流體的黏性力作用下會(huì)使流體的速度在垂直于壁面的方向上發(fā)生改變。流體速度從壁面上的零速度值逐步變化

35、到來(lái)流的速度值。,同時(shí)，通過固體壁面的熱流也會(huì)在流體分子的作用下向流體擴(kuò)散(熱傳導(dǎo))，并不斷地被流體的流動(dòng)而帶到下游（熱對(duì)流），因而也導(dǎo)致緊靠壁面處的流體溫度逐步從壁面溫度變化到來(lái)流溫度。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),對(duì)流傳熱特點(diǎn),53,如圖為熱流體與壁面對(duì)流傳熱及壁面與冷流體的對(duì)流傳熱，工程上將湍流主體和過渡區(qū)的熱阻予以虛擬，折合為相當(dāng)厚度為δt的滯流底層熱阻，流體與壁面之間的溫度變化可認(rèn)為全部發(fā)生在厚度為δt的一

36、個(gè)膜層內(nèi)，通常將這一存在溫度梯度的區(qū)域稱為傳熱邊界層。傳熱邊界層以外，溫度是一致的、沒有熱阻.,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.3對(duì)流傳熱機(jī)理,54,式中λ——流體的熱導(dǎo)率，,δt——傳熱邊界層厚度，m；,ΔT——對(duì)流傳熱溫度差，,或,實(shí)際上對(duì)流傳熱過程為：,該式稱為牛頓（Newton）冷卻定律或給熱方程， h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，或稱為對(duì)流傳熱系數(shù)，亦稱給熱系數(shù)，單位為,可將湍流狀態(tài)復(fù)雜的對(duì)流傳熱歸結(jié)為通過傳熱邊界層

37、的熱傳導(dǎo)，用熱傳導(dǎo)基本方程來(lái)描述對(duì)流傳熱過程,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),55,例6： 一室內(nèi)暖氣片的散熱面積為3m2，表面溫度為tw = 50℃，和溫度為20℃的室內(nèi)空氣之間自然對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h = 4 W/(m2·K)。試問該暖氣片相當(dāng)于多大功率的電暖氣?解：,暖氣片和室內(nèi)空氣之間是穩(wěn)態(tài)的自然對(duì)流換熱，,Q= Ah(tw – tf) = 3m2×4 W/(m2·K)

38、15;(50-20)K = 360W = 0.36 kW 即相當(dāng)于功率為0.36kW的電暖氣。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),56,1.3.4對(duì)流換熱過程的分類,對(duì)流換熱：導(dǎo)熱 + 熱對(duì)流；壁面+流動(dòng),對(duì)流換熱的分類：,1）流動(dòng)起因：,自然對(duì)流：流體因各部分溫度不同而引起的密度差異所產(chǎn)生的流動(dòng)（Free convection）強(qiáng)制對(duì)流：由外力（如：泵、風(fēng)機(jī)、水壓頭）作用所產(chǎn)生的流動(dòng)（Forced convection）,河南省壓

39、力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),57,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.4對(duì)流換熱過程的分類,58,2）換熱表面的幾何因素：,內(nèi)部流動(dòng)對(duì)流換熱：管內(nèi)或槽內(nèi)外部流動(dòng)對(duì)流換熱：外掠平板、圓管、管束,3）流動(dòng)狀態(tài)：,層流：整個(gè)流場(chǎng)呈一簇互相平行的流線湍流：流體質(zhì)點(diǎn)做復(fù)雜無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng),河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.4對(duì)流換熱過程的分類,59,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1

40、.3.4對(duì)流換熱過程的分類,60,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),61,4）流體有無(wú)相變：,單相換熱：換熱過程中介質(zhì)無(wú)相的變化相變換熱：凝結(jié)、沸騰、升華、凝固、融化等,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.4對(duì)流換熱過程的分類,62,對(duì)流換熱分類表,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),63,1.3.5對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素及其求取,影響h的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：,影響h的主要因素可

41、用下式表示：,①流體的種類和性質(zhì)； 液體、氣體、蒸氣，其密度、比熱容、粘度等不同。,②流體的流動(dòng)形態(tài)： 滯流、過渡流或湍流時(shí)h各不相同。,④傳熱壁面的形狀、排列方式和尺寸,③流體的對(duì)流狀態(tài)： 強(qiáng)制對(duì)流較自然對(duì)流時(shí)h為大。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),64,由于影響h的因素很多，要建立一個(gè)通式來(lái)求各種對(duì)流傳熱情況下的h是不可能的。工程上采用量綱分析的方法，將影響h諸多因素歸納為較少的幾個(gè)量綱合一的特征數(shù)群，確定這些特

42、征數(shù)在不同情況下的相互聯(lián)系，從而得到經(jīng)驗(yàn)性的關(guān)聯(lián)公式。,描述對(duì)流傳熱過程的特征數(shù)關(guān)系為：,各特征數(shù)的含義如下表2-1所示,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.5對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素及其求取,65,河 南 省 壓 力 容 器 技 術(shù) 協(xié) 作 網(wǎng),對(duì)流傳熱過程中的準(zhǔn)則數(shù),體積膨脹系數(shù),表示浮升力和粘滯力比值的大小的參數(shù)，作用類似于雷諾數(shù)對(duì)強(qiáng)制對(duì)流的影響,66,稱為雷諾數(shù)，表征了給定流場(chǎng)的慣性力與其黏性力的對(duì)比關(guān)系，也就

43、是反映了這兩種力的相對(duì)大小。,利用雷諾數(shù)可以判別一個(gè)給定流場(chǎng)的穩(wěn)定性，隨著慣性力的增大和黏性力的相對(duì)減小，雷諾數(shù)就會(huì)增大，而大到一定程度流場(chǎng)就會(huì)失去穩(wěn)定，而使流動(dòng)從層流變?yōu)槲闪鳌?河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),對(duì)流傳熱過程中的準(zhǔn)則數(shù)的物理意義,67,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),對(duì)流傳熱過程中的準(zhǔn)則數(shù)的物理意義,68,努謝爾特（Nusselt）準(zhǔn)則，它反映了給定流場(chǎng)的換熱能力與其導(dǎo)熱能力的對(duì)比關(guān)系。這

44、是一個(gè)在對(duì)流換熱計(jì)算中必須要加以確定的準(zhǔn)則。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),對(duì)流傳熱過程中的準(zhǔn)則數(shù)的物理意義,69,1.3.6對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式,對(duì)流傳熱系數(shù)的影響因素h = f ( 物性、流動(dòng)狀態(tài)、溫度、邊界狀況),1)流體的種類和相變化的情況,表 2-3 h值的范圍,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),70,2)流體的物性導(dǎo)熱系數(shù) ? 大，h 大；粘度 ? 大，h ?。槐葻岷兔芏??Cp 大，h

45、 大；體積膨脹系數(shù) ? 大，h 大。3) 流體的溫度 流體物性、附加自然對(duì)流4)流體的流動(dòng)狀態(tài) 滯流小、湍流大,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.6對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式,71,5)流體流動(dòng)的原因自然對(duì)流小、強(qiáng)制對(duì)流大6)傳熱面的形狀、位置和大小形狀：管、板、環(huán)隙、翅片等位置：水平、垂直、管束的排列方式大小：管徑、管長(zhǎng)、板高、進(jìn)口效應(yīng),河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.

46、6對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式,72,1.3.7應(yīng)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式應(yīng)注意的問題a 定性溫度 b 特征尺寸c 特征流速d 應(yīng)用條件,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),73,1.3.7.1特征尺寸、特征流速和定性溫度的確定,特征參數(shù)是流場(chǎng)的代表性的數(shù)值，分別表征了流場(chǎng)的幾何特征、流動(dòng)特征和換熱特征。,特征尺寸，它反映了流場(chǎng)的幾何特征，對(duì)于不同的流場(chǎng)特征尺寸的選擇是不同的。流體平行流過平板：流動(dòng)方向上的長(zhǎng)度尺寸；管內(nèi)流體流動(dòng)：垂

47、直于流動(dòng)方向的管內(nèi)直徑；流體繞流圓柱體流動(dòng)：流動(dòng)方向上的圓柱體外直徑。非圓管：取當(dāng)量直徑＝4?流動(dòng)截面積/傳熱周邊長(zhǎng),河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),74,特征流速，它反映了流體流場(chǎng)的流動(dòng)特征。流體流過平板：來(lái)流速度；流體管內(nèi)流動(dòng)：管子截面上的平均流速；流體繞流圓柱體流動(dòng)：來(lái)流速度。,定性溫度，無(wú)量綱準(zhǔn)則中的物性量是溫度的函數(shù)，確定物性量數(shù)值的溫度稱為定性溫度。外部流動(dòng)：來(lái)流流體溫度和固體壁面溫度的算術(shù)平均值

48、，稱為膜溫度；內(nèi)部流動(dòng)：管內(nèi)流體進(jìn)出口溫度的平均值（算術(shù)平均值或?qū)?shù)平均值）.,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.7.1特征尺寸、特征流速和定性溫度的確定,75,1.3.8對(duì)流傳熱膜系數(shù) （無(wú)相變）,1.3.8.1低粘度流體在管內(nèi)強(qiáng)制湍流傳熱：Dittus-Blelter,當(dāng)液體被加熱：n=0.4液體被冷卻：n=0.3氣體被加熱或冷卻：n=0.4,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),76,上式的適

49、用范圍,1）Re＞104，流體呈湍流狀態(tài)。2）若Re=2300～104屬于過渡區(qū)，上式計(jì)算的傳熱系數(shù)h作修正,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.8.1低粘度流體在管內(nèi)強(qiáng)制湍流傳熱：,77,上式的適用范圍,4）要求管長(zhǎng)與管徑之比，l/d>60。如果l/d＜60，由于入口處的影響使α增加較多，可將α×【1+（d/l)0.7】進(jìn)行修正。5）用于粘度小于2倍水的粘度的流體。6）定性溫度：液體進(jìn)出口溫

50、度的算術(shù)平均值;7) 特征尺寸: 管內(nèi)徑。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.8.1 低粘度流體在管內(nèi)強(qiáng)制湍流傳熱：,78,例6 在一單程換熱器中用120℃的蒸汽將常壓空氣從20℃加熱到80℃,管束為φ38mm×3mm,蒸汽走殼程,空氣走管程,其流速為14m·s-1.求管壁對(duì)空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù).,解: 空氣的定性溫度為t定=(20+80)/2=50℃,查50℃下空氣的物性數(shù)據(jù),Cp=10

51、17J·kg-1·K-1,μ=1.96×10-5Pa·s,ρ=1093kg·m-3,λ=2.83×10-2W·m-1·K-1,d=0.032m,u=14m·s-1,得,計(jì)算結(jié)果表明:空氣在管內(nèi)流動(dòng)Re>10000, 160>Pr>0.6, 必然符合下式的條件,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),79,b、高粘度流體

52、Nu=0.027Re0.8Pr0.33(μ／μw )0.14μ:液體在主體平均溫度下的粘度μw：液體在壁溫下的粘度其中（μ/μw）0.14一項(xiàng)是考慮熱流方向影響的校正項(xiàng)。在工程計(jì)算時(shí)，液體加熱(μ/μw）0.14=1.05 ，液體被冷卻時(shí)（μ/μw）0.14=0.95,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.8.2高粘度流體在管內(nèi)強(qiáng)制湍流傳熱：,80,由于滯流內(nèi)層的厚度粘度隨熱流方向的不同而不同，液體被加熱時(shí)

53、，滯流內(nèi)層的溫度比主體溫度高，又粘度反比于溫度，因此滯流內(nèi)層厚度減薄，致使對(duì)流傳熱系數(shù)增大。液體被冷卻時(shí)，情況相反，對(duì)于液體Pr>1 即 Pr0.4>Pr0.3.因此加熱時(shí)n=0.4。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.8.2 高粘度流體在管內(nèi)強(qiáng)制湍流傳熱：,81,1.3.8.3流體在管外的強(qiáng)制對(duì)流 單根園管、管束,,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),82,1.3.8.3.1流體在

54、管束外強(qiáng)制垂直流動(dòng) 管束的排列方式：直列 錯(cuò)列?正三角形、等邊三角形流體在錯(cuò)列管束外流過時(shí) ，平均傳熱系數(shù)由下式計(jì)算：流體在直列管束外流過時(shí) ，平均傳熱系數(shù)由下式計(jì)算：,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),正方形排列 轉(zhuǎn)角正三角形排列 正三角形排列,83,應(yīng)用范圍：Re>3000，

55、 特征尺寸：管外徑do，流速取最小流通截面速度。管排數(shù)為10，不是10排時(shí)應(yīng)進(jìn)行校正。(二)流體在換熱器的管間流動(dòng)圓環(huán)圓盤折流板,,,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.8.3.1流體在管束外強(qiáng)制垂直流動(dòng),84,弓形折流板圓弧型折流板有關(guān)的計(jì)算公式參見教材和有關(guān)資料。,,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.3.8.3.1流體在管束外強(qiáng)制垂直流動(dòng),85,若冷凝液

56、能夠潤(rùn)濕壁面，則在壁面上形成一層完整的液膜，故稱為膜狀冷凝。,1.3.8.4液體有相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù),1.3.8.4.1 蒸氣冷凝,若冷凝液不能潤(rùn)濕壁面，由于表面張力的作 用，冷凝液在壁面上形成許多液滴，并沿壁面落下，此種冷凝稱為滴狀冷凝。,滴狀冷凝：,膜狀冷凝:,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),化工生產(chǎn)中多見的相變給熱是液體受熱沸騰和飽和水蒸氣的冷凝。,86,滴狀冷凝的給熱系數(shù)比膜狀冷凝的給熱系數(shù)可高出數(shù)倍乃至數(shù)

57、十倍，工業(yè)上遇到的大多是膜狀冷凝，因此冷凝器的設(shè)計(jì)總是按膜狀冷凝來(lái)處理，下面介紹純凈的飽和蒸氣膜狀冷凝的傳熱系數(shù)的計(jì)算方法 。,87,式中：l―管長(zhǎng)，m;λρμ ―分別為膜溫下凝液的導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.℃),密度,kg/m3;和粘度(Pa.s)γ ―冷凝潛熱,J/kg;△ t―飽和蒸汽溫度與壁面溫度的差值。其中，冷凝潛熱按膜溫tb查取，其余物性按液膜溫度tL查取。tL=(tb+tw)/2,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)

58、作網(wǎng),1.3.8.4.1 蒸氣冷凝,1）豎直平壁：,88,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),2）傾斜平壁：,3）單根水平園管：,注意：上述公式只適用于滯流情況,89,對(duì)流傳熱系數(shù)仍可用上式計(jì)算，但特征尺寸改為n2/3do,n為水平管束垂直列上的管子數(shù)。在列管式冷凝器中，若管束由互相平行的n列管子所組成，一般各列管子在垂直方向的管數(shù)不相等，若分別為n1,n2,n3,…則,,4）蒸氣在水平管束外的冷凝,河南省壓力

59、容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),90,若膜層為滯流 Re1800時(shí) h =0.0077(gρ２λ３／μ２)0.33Re0.4特征尺寸:l取垂直管或板的高度。定性溫度：蒸氣冷凝潛熱r取飽和溫度ts下的值，其余物性取液膜平均溫度tm=0.5(ts+tw)下的值。,5）蒸氣在垂直管內(nèi)、外或垂直平板側(cè)的冷凝,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),91,6）影響冷凝傳熱的因素,液膜呈滯流時(shí)：△t↑→冷凝速率↑→ δ↑→

60、h↓,⑴液膜兩側(cè)溫差,⑵凝液物性,見公式,⑶蒸氣的流向與速度當(dāng)蒸汽流動(dòng)方向與液膜向下流動(dòng)同方向時(shí),使液膜拉薄,h增加,反之,減小,⑷蒸氣中不凝性氣體含量的影響,p↑→不凝性氣體含量↑→冷凝時(shí)形成“氣膜” →α↓↓,河 南 省 壓 力 容 器技 術(shù) 協(xié) 作 網(wǎng),92,6）影響冷凝傳熱的因素,⑸過熱蒸氣 把前面計(jì)算式中的潛熱改為過熱蒸汽與飽和液的焓差,則可用前述飽和蒸汽的公式來(lái)計(jì)算,⑹冷凝壁面的影響如果系統(tǒng)密封良好,則凝結(jié)側(cè)熱阻很小.

61、強(qiáng)化膜狀凝結(jié)傳熱的基本原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度.可用各種帶有尖鋒的表面使其上冷凝的液膜減薄,并使得凝結(jié)的液體盡快排掉.工程上可以采用低肋管或各種類型鋸齒管等等.,河 南 省 壓 力 容 器技 術(shù) 協(xié) 作 網(wǎng),93,液體通過固體壁面被加熱的對(duì)流傳熱過程中，若伴有液相變?yōu)闅庀?，即在液相?nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過程稱為液體沸騰，又稱沸騰傳熱。液體沸騰的情況因固體壁面溫度tw與液體飽和溫度ts之間的差值而變化，如圖為水的沸騰曲線

62、：,1.3.8.5 液體沸騰,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),94,圖4-9 水的沸騰曲線,當(dāng)溫差較小時(shí)，加熱面上的液體僅產(chǎn)生自然對(duì)流在液體表面蒸發(fā)，如圖中AB段曲線；當(dāng)Δt逐漸增高時(shí)，由于氣泡的產(chǎn)生、脫離和上升對(duì)液體劇烈擾動(dòng)，此段情況稱為泡核沸騰，如BC段曲線；,沸騰曲線：沸騰隨加熱面溫度與液體飽和溫度差而變。,95,工業(yè)生產(chǎn)中, 總是設(shè)法維持在泡狀沸騰下操作。,繼續(xù)增大Δt時(shí)，產(chǎn)生的氣泡大大增多且產(chǎn)生的速度大于

63、脫離加熱表面的速度，形成一層不穩(wěn)定的水蒸氣膜，氣膜的附加熱阻使q和α均急劇下降，傳熱面幾乎全部被氣膜覆蓋稱為膜狀沸騰。,（Δt 25℃）膜狀沸騰,河 南 省 壓 力 容 器技 術(shù) 協(xié) 作 網(wǎng),96,工業(yè)上的液體沸騰：,①將加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面處受熱沸騰，稱為大容積沸騰；②液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受熱沸騰，稱為管內(nèi)沸騰。,（Δt 25℃）膜狀沸騰,河 南 省 壓 力 容 器 技 術(shù) 協(xié) 作 網(wǎng),97,表2—3 常見流體的表面?zhèn)?/p>

64、熱系數(shù)大致范圍,,河 南 省 壓 力 容 器 技 術(shù) 協(xié) 作 網(wǎng),98,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),99,1.4熱輻射（Thermal radiation）1.4.1定義——物體通過電磁波來(lái)傳遞熱量的方式。,物體的溫度越高、輻射能力越強(qiáng)；若物體的種 類不同、表面狀況不同，其輻射能力不同,輻射換熱：物體間靠熱輻射進(jìn)行的熱量傳遞,,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),100,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),101,1.4.2輻射換

65、熱的特點(diǎn),——不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量,——無(wú)論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量;總的結(jié)果是熱由高溫傳到低溫。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),102,1.4.3.斯蒂芬-玻爾茲曼定律（Stefan-Boltzmann law）,黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的物體。 或稱絕對(duì)黑體。（Black body）,黑

66、體的輻射能力與吸收能力最強(qiáng),Ludwig Boltzmann (1844-1906) committed suicide because he thought his life's work was in vain.,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),103,黑體向外發(fā)射的輻射能：,— 絕對(duì)黑體輻射力— 黑體表面的絕對(duì)溫度（熱力學(xué)溫度）— 斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.4.3.斯蒂芬-玻爾茲曼定律（Stef

67、an-Boltzmann law）,104,實(shí)際物體輻射能力：低于同溫度黑體,— 實(shí)際物體表面的發(fā)射率（黑度），0~1；與物體的種類、表面狀況和溫度有關(guān) （Emissivity）,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.4.3.斯蒂芬-玻爾茲曼定律,105,對(duì)于兩個(gè)相距很近的黑體表面，由于一個(gè)表面發(fā)射出來(lái)的能量幾乎完全落到另一個(gè)表面上，那么它們之間的輻射換熱量為 ：,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.4.3.斯蒂芬-玻爾茲曼定律,106,實(shí)際

68、上，傳熱過程往往并非以某種傳熱方式單獨(dú)出現(xiàn)，而是兩種甚至是三種傳熱方式的組合。例如，熱水瓶抽真空的目的就是為了減少導(dǎo)熱過程的損失；瓶口加塞就是為了減少對(duì)流損失；內(nèi)膽鍍銀是為減少輻射傳熱的損失。再如，化工生產(chǎn)中普遍使用的間壁式換熱器中的傳熱，主要是以熱對(duì)流和導(dǎo)熱相結(jié)合的方式進(jìn)行的。,河南省壓力容器技術(shù)協(xié)作網(wǎng),1.5 化工生產(chǎn)中的傳熱過程及常見換熱器,107,1.5 傳熱過程與熱阻,傳熱過程：熱量由熱流體通過間壁傳給冷流體的過程。,傳熱過程