环境工程原理第四章

1、传热速率方程：,2、热传导：（1）单层平壁稳态热传导,（2）多层平壁稳态热传导,（4-7）,（4-5、6）,（4-1）,（4）多层圆筒壁稳态热传导,（3）单层圆筒壁稳态热传导,（4-12、13）,（4-9、10、11）,第三节对流传热流体流动时发生，依靠流体质点移动而传热一、对流传热方程与对流传热系数,特点：两流体的传热方向垂直于流动方向,层流底层：热阻大，温度梯度大，热传导方式湍流核心：热阻小，温度梯度小，对流方式过渡区域：热传导和对流方式,有效膜：假设将过度区和湍流区的传热阻力全部叠加到层流低层的热阻中，用近壁一层厚为的层流膜来代替。若湍流程度增加，有效膜减薄，传热速率增大。,传热推动力不易讨论，为此:,对流传热速率方程牛顿冷却公式,对冷流体流体被加热：,式中Q对流传热速率，W；对流传热系数，膜系数，W/(m2)；代替/（/b），因为不易测得。Tw壁温，；T流体平均温度，；A传热面积，m2。,（4-14）,对热流体，流体被冷却：t=T-TW,视为有效膜后，对照单层平壁导热速率方程有：,二、影响对流传热系数的因素,2.引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动。强制对流：由于外力和压差而引起的流动。,1.流体的物性，cp,(体积膨胀系数,K-1),强自,u强u自,空气,强为10250W/m2；自可达525W/m2；,3.流动形态层流、湍流湍层,5.传热面的形状，大小和位置形状：如管、板、管束等；大小：如管径和管长等；位置：如管子的排列方式（管束有正四方形和三角形排列）；管或板是垂直放置还是水平放置。通常将有决定性影响的尺寸称为特征尺寸,4.是否发生相变蒸汽冷凝、液体沸腾相变无相变,为减少获得关联式的实验工作量，将诸影响因数归结为几个量纲为1的量，即特征数。,f(u，l，cp，gt),式中l特性尺寸；gt浮升力u特征流速。基本因次：长度L，时间T，质量M，温度变量总数：8个由定律（8-4）=4，可知有4个无因次数群。,三、对流传热中的量纲分析（一）因次分析,（4-17）,（4-14）,Nusselt，怒塞尔数对流传热的特征数,Reynolds，雷诺数流动型态对对流传热的影响,Prandtl，普朗特数流体物性对对流传热的影响,Grashof，格拉斯藿夫数自然对流对对流传热的影响,（4-16）,（4-17）,lnPr,lnNu,f,2不同Pr的流体在不同的Re下lg(Nu/Prf)algRelgK双对数坐标系中得一直线斜率为a，截距为lgK,（二）实验安排及结果整理以实验确定K、a、f、h强制湍流为例：NuKReaPrf1采用不同Pr的流体，固定RelgNuflgPrlg(KRea)双对数坐标系得一直线，斜率为f,lgRe,lgNu/Prb,lgK,a,获得特征数K、a、f、h数值后的计算对流传热系数的经验式称为关联式。使用时注意：,1、特征数值的适用范围，不能超出。2、特征尺寸：通过实验确定特征数时，所选定的对流体流动和传热有决定影响的尺寸，称为特征尺寸l。如圆管用管内径d；非圆形管取当量直径d等。3、定性温度：确定特征数时，所采用的流体的物性参数如Cp、等所依据的温度。,定性温度的取法：,（三）定性温度、特性尺寸的确定,2特性尺寸取对流动与换热有主要影响的某一几何尺寸。,3准数关联式的适用范围。,1确定物性参数数值的温度称为定性温度。,不同的实验条件产生不同的关联式，对于某一关联式与下述各点紧密连在一起：,四、液体无相变时对流传热系数的经验关联式,（一）流体在管内的强制对流,1圆形直管内的湍流（Gr可略）（1）低粘度流体,适用范围：Re10000，0.760,（4-19）,（4-18）,注意事项：定性温度取进出口温度平均值,特征尺寸为管内径di流体被加热时，n0.4；被冷却时，n0.3。,CP：/Jkg-1K-1（kJ要化成J）,(2)高粘度流体,（4-20）,Re10000，0.760定性温度取tm（算术平均值），而w取壁温特征尺寸为din,(4)弯曲管内：扰动增大，乘以弯管效应校正系数,(3)短管：l/d60，入口处扰动较大，乘以管入口效应校正系数,例4-6，P144,2.圆形直管内过渡流（200010m/s）u与液膜流动同向时，；反向时，。,5)蒸汽过热包括冷却和冷凝两个过程。仍用此关联式，但汽化热r需加上成过热蒸汽的热量6)冷凝面的形状和位置目的：减少冷凝液膜的厚度垂直板或管：开纵向沟槽；水平管束：可采用错列,对同一种液体，沸腾传热系数远大于无相变时的值。,优点：大，tW小,临界点,水在常压下饱和沸腾的临界点温度差tc=25K，临界热流密度q1.25106W/m2,3、沸腾传热的影响因素及强化措施1）液体的性质,强化措施：加表面活性剂（乙醇、丙酮等）,2）温差在核状沸腾阶段温差提高，3）操作压强,饱和温度,4）加热面新的、洁净的、粗糙的加热面，大强化措施：将表面腐蚀，烧结金属粒,六、选用对流传热系数关联式的注意事项（1）根据问题类型，选择适用的关联式；（2）各