對流與對流傳熱系數(shù)  熱設計熱仿真

第四節(jié)對流與對流傳熱系數(shù)
α的獲得主要有三種方法：
1．理論分析法：
2．實驗方法* ：
3．類比方法：
用因次分析法、再結合實驗，建立經(jīng)驗關系式。
把理論上比較成熟的動量傳遞的研究成果類比到熱量傳遞過程。
建立理論方程式，用數(shù)學分析的方法求出α的精確解或數(shù)值解。這種方法目前只適用于一些幾何條件簡單的幾個傳熱過程，如管內層流、平板上層流等。

§4-15 影響對流傳熱系數(shù)的因素
二、流體的流動型態(tài)：層流和湍流
  層流：流體在熱流方向上基本沒有混合流動α↓
  湍流：有混合流動，Re↑層流內層厚度δ↓ α↑
三、流體的性質
  對α影響較大的物性主要有cp 、λ、μ和ρ
四、傳熱面的型狀、大α小和位置
影響α值的有：傳熱管、板、管束等不同，傳熱面的形狀，管子的排列方式，水平或垂直放置；管徑、管長或板的高度等  影響α的因數(shù)很多

化工上常見的對流傳熱

流體無相變化時: 強制對流傳熱,自然對流傳熱

流體有相變化時: 蒸汽冷凝傳熱,液體沸騰傳熱

§4-16 因次分析在對流傳熱中的應用

格拉斯霍夫準數(shù) Grashof:  表示自然對流影響的準數(shù)
普蘭特準數(shù) Prandtl: 表示物性影響的準數(shù)
雷諾準數(shù) Reynolds: 確定流動狀態(tài)的準數(shù)
努塞爾特準數(shù) Nusselt:  表示對流傳熱系數(shù)的準數(shù)

經(jīng)驗公式的應用應注意以下四點：
1、應用范圍
2、定性尺寸（特性尺寸）
各準數(shù)Nu、Re及Gr中的特性尺寸l代表哪一個尺寸，應遵照所選用的關聯(lián)式中規(guī)定尺寸
3、定性溫度
確定準數(shù)中流體的物性參數(shù)cp、μ、ρ等所依據(jù)的溫度即為定性溫度。
主要取決于建立關聯(lián)式時采用什么方法而定有的用膜溫（即流體進、出口溫度的算術平均值與壁面溫度平均值，再取兩者的算術平均值）
有的用流體進、出口溫度的算術平均值

§4-17 流體做強制對流時的對流傳熱系數(shù)
§4-17a 流體作自然對流時的對流傳熱系數(shù)
§4-18 蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù)
§4-19 沸騰時的對流傳熱系數(shù)

§4-20 對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式小結

第三節(jié)輻射傳熱
§4-21 基本概念

輻射：物體以電磁波形式傳遞能量的過程。
熱射線：0.4 ~ 40 μm的可見光與部分紅外線，起決定作用熱射線服從光的反射和折射定律

§4-22 物體的發(fā)射能力——斯蒂芬-玻爾茲曼蒂定律 
揭示黑體的輻射能力與其表面溫度的關系 發(fā)射能力（或稱輻射能力） E，單位為W/m2

§4-23 克希霍夫定律
灰體：凡能以相同的吸收率且部分吸收由0到∞所有波長范圍的輻射能的物體
灰體特點：(1)它的吸收率A不隨輻射線的波長而變；
(2)它是不透熱體，即A+R=1。
§4-24 兩固體間的相互輻射

§4-25 氣體熱輻射的特點（自學）
1）氣體輻射和吸收對波長具有強烈的選擇性。
氣體輻射與固體輻射有很大的區(qū)別
2）氣體輻射是一個容積過程。
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§4-25 熱輻射、對流的聯(lián)合傳熱
設備的外壁溫度高于環(huán)境溫度，此時熱量將以對流和輻射兩種方式自壁面向環(huán)境傳遞而引起熱損失

§6.8 間壁式換熱器
管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的、應用最廣泛的熱交換設備。熱設計http://m.16909.cc
由于它結構堅固，且能選用多種材料制造，故適應性極強，尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應用。

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板式換熱器
其它類型的換熱器
板式換熱器是由一組波紋金屬板組成,板上有孔,供傳熱的兩種流體通過.金屬板片安裝在一個側面有固定板和活動壓緊板的框架內,并用夾緊螺栓夾緊.
板式換熱器作為一種新型、高效、節(jié)能的換熱設備已越來越在眾多領域廣泛應用,并且有逐步取代其它類型之趨勢.

換熱器的強化途徑

強化傳熱===>提高傳熱速率

一、增大傳熱面積A
已有的換熱器A定值從分利用其有效的傳熱面積設計A↑ Q↑ 設備費↑ 有局限性
二、增大平均溫度差Δtm  熱仿真http://www.refangzhen.com
Δtm 取決于冷熱流體的初、終溫物料的溫度由生產(chǎn)工藝所決定，一般不能隨意變動冷卻和加熱介質的溫度則因選擇的介質不同而異，應考慮技術上的可能性和經(jīng)濟上的合理性。

三、增大總傳熱系數(shù)K
1、增加湍動程度，以減少層流底層的厚度
（1）、u ↑
（2）、改變流動條件，通過設計特殊的傳熱壁面，使流體在流動過程中不斷改變流動方向，提高湍動程度。
2、盡量采用有相變化的載熱體，可得到大的對流傳熱系數(shù)。
3、采用導熱系數(shù)較大的載熱體。
4、當壁兩側的對流傳熱系數(shù)很大，污垢熱阻很小時，金屬壁的熱阻才對傳熱過程有較明顯的影響。
5、防止污垢和及時地清除垢層，以減小污垢熱阻。應采用防止或減慢結垢的措施，并應及時清除傳熱面上的垢層。

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