第四章传热及传熟设备 41概述 42热传导 43对流传热 44流体无相变时的对流传热 45流体有相变时的对流传热 46辐射传热 47总传热速率和传热过程的计算 1/28
1/28 第四章 传热及传热设备 4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热 4.4 流体无相变时的对流传热 4.5 流体有相变时的对流传热 4.6 辐射传热 4.7 总传热速率和传热过程的计算
45流体有相变时的对流传热 §451蒸汽冷凝对流传热 蒸气冷凝 饱和蒸气与低于其饱和温度的冷壁接触时,将凝结为液体, 释放出气化潜热。 蒸气冷凝进行加热的优点: ①具有恒定的温度(t饱和温度),操作时易于控制; ②表面传热系数h大。 蒸气冷凝方式:膜状冷凝,滴状冷凝。 2/28
2/28 4.5 流体有相变时的对流传热 蒸气冷凝: 饱和蒸气与低于其饱和温度的冷壁接触时，将凝结为液体， 释放出气化潜热。 蒸气冷凝进行加热的优点： ①具有恒定的温度( t s饱和温度)，操作时易于控制； ②表面传热系数h大。 蒸气冷凝方式：膜状冷凝，滴状冷凝。 §4.5.1 蒸汽冷凝对流传热
◇膜状冷凝:若冷凝液能润湿壁面,形成一层完整的液 膜布满液面并连续向下流动。 膜状冷凝时蒸汽放出的潜热必须穿过液膜才能 传递到壁面上去,此时,液膜层就形成壁面与蒸汽 间传热的主要热阻。若凝液籍重力沿壁下流,则液 膜越往下越厚,给热系数随之越小。 膜状冷凝 一热流方向竖直壁面: 层流:P189式4-40 湍流:式4-43 水平圆管外: 蒸汽t 层流:式4-44 3/28
3/28 ◇ 膜状冷凝：若冷凝液能润湿壁面，形成一层完整的液 膜布满液面并连续向下流动。 热流方向 蒸汽 ts 膜状冷凝时蒸汽放出的潜热必须穿过液膜才能 传递到壁面上去，此时，液膜层就形成壁面与蒸汽 间传热的主要热阻。若凝液籍重力沿壁下流，则液 膜越往下越厚，给热系数随之越小。 膜状冷凝 竖直壁面： 层流：P189式4-40 湍流：式4-43 水平圆管外： 层流：式4-44
◇滴状冷凝:若冷凝液不能很好地润湿壁面,仅在其上凝 结成小液滴,此后长大或合并成较大的液滴而脱落 ←一热流方向 蒸汽t 在下滚过程中,一方面会合相遇液滴,合并成更大的液 滴,一方面扫清沿途所有的液滴,使壁重新暴露在蒸汽中。 没有完整液膜的阻碍,热阻很小。 滴状冷凝的表面传热系数比膜状冷凝的表面传热系数大 5∽10倍。但滴状冷凝难于控制,工业上大多是膜状冷凝。 4/28
4/28 热流方向 蒸汽 ts ◇ 滴状冷凝：若冷凝液不能很好地润湿壁面，仅在其上凝 结成小液滴，此后长大或合并成较大的液滴而脱落。 在下滚过程中，一方面会合相遇液滴，合并成更大的液 滴，一方面扫清沿途所有的液滴，使壁重新暴露在蒸汽中。 没有完整液膜的阻碍，热阻很小。 滴状冷凝的表面传热系数比膜状冷凝的表面传热系数大 5∽10倍。但滴状冷凝难于控制，工业上大多是膜状冷凝
影响蒸气冷凝传热的因素: ◆流体物性的影响 物性ρ↑、μ↓→膜流速加快→液膜厚度↓→h↑ ◆冷凝液膜两侧的温度差 Δt↑→蒸气冷凝速率↑→液膜厚度↑→h↓ ◆蒸气流速和方向的影响 蒸气流动时,将在汽液界面上产生一定的摩擦力,如与液膜同向, 会使液膜加速,膜层厚度减薄→h↑. 若两者反向→h 不凝性气体的影响 不凝性气体(λ小),在汽液界面处聚集,形成一层气膜,增加 了热阻→h↓,要定期排放。 ◆蒸气过热的影响 温度高于其饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽,实验表明,在大气压 力下,过热30℃的蒸汽较饱和蒸汽的表面传热系数高1%,而过热540℃ 的蒸汽的表面传热系数高30%。所以在一定情况下不考虑过热的影响, 仍按饱和蒸汽进行计算。 5/28
5/28 影响蒸气冷凝传热的因素： ❖流体物性的影响 物性ρ↑、μ↓→膜流速加快→液膜厚度↓→h↑ ❖冷凝液膜两侧的温度差 Δt↑→蒸气冷凝速率↑→液膜厚度↑→ h ↓ ❖蒸气流速和方向的影响 蒸气流动时，将在汽液界面上产生一定的摩擦力，如与液膜同向， 会使液膜加速，膜层厚度减薄→h↑. 若两者反向→h↓ ❖不凝性气体的影响 不凝性气体（λ小），在汽液界面处聚集，形成一层气膜，增加 了热阻→h↓ ，要定期排放。 ❖蒸气过热的影响 温度高于其饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽，实验表明，在大气压 力下，过热30℃的蒸汽较饱和蒸汽的表面传热系数高1%，而过热540℃ 的蒸汽的表面传热系数高30%。所以在一定情况下不考虑过热的影响， 仍按饱和蒸汽进行计算
(二)有相变时 §4.52沸腾传热 工业上经常需要将液体加热使之沸腾蒸发,如:在锅炉 中把水加热成水蒸汽;在蒸发器中将溶剂汽化以浓缩溶液, 都是属于沸腾传热。 大空间沸腾是指沉浸于原为静止的大容器内的加热面上 的液体中所发生的沸腾现象,此时,液体的运动由自然对流 和汽泡成长、运动所形成的对流引起的。 6/28
6/28 §4.5.2 沸腾传热 （二）有相变时 工业上经常需要将液体加热使之沸腾蒸发，如：在锅炉 中把水加热成水蒸汽；在蒸发器中将溶剂汽化以浓缩溶液， 都是属于沸腾传热。 大空间沸腾是指沉浸于原为静止的大容器内的加热面上 的液体中所发生的沸腾现象，此时，液体的运动由自然对流 和汽泡成长、运动所形成的对流引起的
产生沸腾现象的必要条件:液体过热(P194) 有汽化核心 沸腾曲线 logh下自然对流!泡状沸 膜状沸腾 过热度不大, 气泡很少或没 有 大气泡 气泡产生{在加烈 和脱离频 上汇合, 射影 率很快 形成蒸汽响加强 000 过热度(t-ts) 加热 7/28
7/28 产生沸腾现象的必要条件：液体过热（P194）、 有汽化核心 过热度不大， 气泡很少或没 有； 气 泡 产 生 和 脱 离 频 率很快 大 量 气 泡 在 加 热 面 上 汇 合 ， 形 成 蒸 汽 膜 辐射影 响加强 loghb 自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 过热度（tw-ts） 沸腾曲线 加热
46辐射传热 、基本概念 辐射传热是物体以发射电磁波形式传递能量的过 程,电磁波在一定波长范围内(0.4~40m之间,主要 是可见光和红外光),表现为热能。 特点:传播方式以电磁波的形式,不需要任何介 质进行传递。 (1)热辐射的特性 热辐射和可见光一样,具有反射、折射和吸收的 特性,服从光的反射和折射定律,能在均一介质中作 直线传播。 如图所示,假设投射到某一物体上的总辐射能为 Q,一部分能量Q被吸收,一部分能量Q被反射,余 下的能量Q透过物体。 8/28
8/28 4.6 辐射传热 一、 基本概念 辐射传热是物体以发射电磁波形式传递能量的过 程，电磁波在一定波长范围内(0.4～40 μm之间,主要 是可见光和红外光)，表现为热能。 特点：传播方式以电磁波的形式，不需要任何介 质进行传递。 （1） 热辐射的特性 热辐射和可见光一样，具有反射、折射和吸收的 特性，服从光的反射和折射定律，能在均一介质中作 直线传播。 如图所示，假设投射到某一物体上的总辐射能为 Q，一部分能量QA被吸收，一部分能量QR被反射，余 下的能量QD 透过物体
QD QA+QR+QD=QBZ QA/Q+ QR/Q+QD/Q=1 令A吸收率)=QAQR(反射率)=QQ D(透射率)=QD/Q 故A吸收率)+R(反射率)+D(透射率)=1 9/28
9/28 QA+QR+QD =Q或 QA /Q+ QR /Q + QD /Q=1 令A(吸收率)＝ QA /Q R（反射率）＝ QR /Q D（透射率）＝QD /Q 故A(吸收率)+R（反射率）+D（透射率）=1
(2)黑体、镜体、透热体和灰体 ◎黑体:能全部吸收辐射能的物体A=1; 无光泽的黑漆表面A=096~0.98近似黑体。 ◎镜体(绝对白体):能全部反射辐射能的物体R=1 磨光的铜表面R=0.97。 黑白之分不据颜色。 ◎透热体:能全部透过辐射能的物体D=1 例如H。、N2、H2、O2等气体。 上面定义的物体多是理想物体,自然界中并不存在,只是 作为一种比较标准而建立。实际物体,象一般的固体都能部 分吸收所有波长范围的辐射能。 10/28
10/28 （2）黑体、镜体、透热体和灰体 ◎ 黑体：能全部吸收辐射能的物体 A=1； 无光泽的黑漆表面 A=0.96~0.98 近似黑体。 ◎ 镜体（绝对白体）：能全部反射辐射能的物体R=1； 磨光的铜表面R=0.97。 黑白之分不据颜色。 ◎ 透热体：能全部透过辐射能的物体 D=1。 例如He 、N2 、H2 、O2等气体。 上面定义的物体多是理想物体，自然界中并不存在，只是 作为一种比较标准而建立。实际物体，象一般的固体都能部 分吸收所有波长范围的辐射能