1、第二章 傳 熱 導導 熱熱 對流換熱對流換熱 輻射換熱輻射換熱 綜合傳熱綜合傳熱mCntntgradnt/lim00)(lim0ngradntnttn0t0t0Q0Q基本概念傳熱的幾種方式及基本特點 定 義: 指物體各部分無相對位移或不同物體的直接接觸，依靠物質的分子、原子、自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現象。導熱導熱xtqFxtQdxtdqddFxtdQxtq400c600 c800 c1000 c1200 c9.28.0導熱導熱bttt001o如粘土磚、硅磚、剛玉、紅磚如粘土磚、硅磚、剛玉、紅磚o如高鋁磚、鎂磚、碳化硅磚如高鋁磚、鎂磚、碳化硅磚 t t 時

2、的熱導率時的熱導率 0 0時的熱導率時的熱導率b,實驗常數，實驗常數，1/ 導熱導熱,t,t,t度、溫度）種類、結構、濕度、密(f導熱導熱一維穩定導熱dxdtq21ttq，const（1）112txtttx導熱導熱const（2）dxdtqtt10avavtttttq210211121012qxttx21ttq導熱導熱R=85090o230溫度降溫度降熱阻熱阻溫度降溫度降熱阻熱阻導熱導熱電壓降電壓降電阻電阻RUUI2121ttqFttQ2112111211tRttFttQ導熱導熱23222322tRttFttQ34333433tRttFttQ導熱導熱constFniiavinttqFQ1.11

3、各層各層熱阻熱阻Rt與與熱流密度熱流密度qi ： Rt1 = 0.23 / 1.2916 = 0.1781 (m2)/W； Rt2 = 0.065/ 0.2791 = 0.2329 (m2)/W； Rt3 = 0.50 / 0.6486 = 0.7709 (m2)/W q1 = ( 1000 855 ) / 0.1781 = 814.15 ( W/m2 ) q2 = ( 855 670 ) / 0.2329 = 794.33 ( W/m2 ) q3 = ( 670 50 ) / 0.7709 = 804.25 ( W/m2 )導熱導熱edc*lFr212212rrnttavQavFavttrr

4、nrravrrttQ21121212212計算公式：計算公式：導熱導熱圓筒壁內外圓筒壁內外傳熱面積傳熱面積的的對數平均值對數平均值121212122FFnFFrrnrravF圓筒壁內外圓筒壁內外半徑半徑的的對數平均值對數平均值1212rrnrr12rr 圓筒圓筒壁厚壁厚溫度分布：溫度分布：對數曲線對數曲線121211rrnrrntttt導熱導熱niixFiavttQn1.11導熱導熱(m2)/W(m2)/W2021-7-2740【例例】某冷庫的墻壁由三層材料構成，內層為軟木，某冷庫的墻壁由三層材料構成，內層為軟木，厚厚15mm，導熱系數，導熱系數0.043W/(m)，中層為石棉板，中層為石棉板

5、，厚厚40mm,導熱系數導熱系數0.10W/ (m) ，外層為混凝土，厚，外層為混凝土，厚200mm,導熱系數導熱系數1.3W/ (m) ，測得內墻表面為，測得內墻表面為-18，外墻表面溫度為外墻表面溫度為24，計算每平方米墻面的冷損失量；，計算每平方米墻面的冷損失量；若將內、中層材料互換而厚度不變，冷損失量將如何若將內、中層材料互換而厚度不變，冷損失量將如何變化。變化。n解 t1=18,t4=24,1=0.043W/(m),2=0.10W/(m),3=1.3W/ (m) 2143121231824465/0.0150.0400.200.0430.11.3ttqW mbbbA 2021-7-2

6、741t1=-18,t4=24,1=0.10W/(m),2=0.043W/(m), 3=1.3W/ (m) 214312123182434/0.0150.040431.3ttqW mbbbA 互換材料后，由于導熱熱阻的增大，使得冷量損失減少。互換材料后，由于導熱熱阻的增大，使得冷量損失減少。在使用多層材料保溫時要注意熱阻的分配在使用多層材料保溫時要注意熱阻的分配。保溫時，導熱系數小的放在里層好保溫時，導熱系數小的放在里層好 內外傳熱面積的內外傳熱面積的幾何平均值幾何平均值21212121ddavttFFavttQ2121ddFF2112111111rrrrtttt導熱導熱導

7、熱導熱或或xFavttxFavtttxqFQ210211212dd212FF221FFFx1221FFnFFFx21FFFx導熱導熱RtQ導熱導熱rhrR4212271.12orrnR導熱導熱nnnavFFFFFtFtFtFtt.3213322115、溫度不平均物體的平均溫度計算溫度不平均物體的平均溫度計算6、有內熱源的穩態導熱有內熱源的穩態導熱傳入熱量傳入熱量-傳出熱量傳出熱量+內熱源熱量內熱源熱量=熱焓增量熱焓增量2021-7-27492021-7-27502021-7-27512021-7-2752)tt (qwfFttQwf)(orFtQ11tq)(fwttqFttQfw)(：2021

8、-7-27532021-7-2754IwwwwwRUIAURBUwwwwwRt)q(Q)(FR111t2tR)q(Q2021-7-27552021-7-2756 pttg ktgtg2/ sm1/k2021-7-2757 對流換熱tg設21T12212122211111112111()(1)TTtTTttTTgtgtgtggtg 單位體積流體具有的浮升力（）單位質量流體具有浮升力2021-7-2758 對流換熱邊界層邊界層導熱導熱)(ttqwt主流區主流區對流對流)tt (qf穩態傳熱穩態傳熱時，兩者相等時，兩者相等wtftttt很大很大溫度梯度溫度梯度dxdt很小很小溫度梯度溫度梯度dxdt

9、dxdtCtwttft)(qQtx2021-7-27592021-7-27602021-7-2761),(ptf 對流換熱spaCmw/3/mkgCkgkJ/pC2021-7-2762 對流換熱固體壁面的形狀：固體壁面的形狀： 平面、圓柱、夾層、管族等平面、圓柱、夾層、管族等固體壁面的溫度，固體壁面的溫度，wt熱面位置：熱面位置：壁面尺寸，壁面尺寸，l2021-7-2763 對流換熱對流換熱是是導熱導熱和和對流對流總作用的結果。在流體中導熱機理與總作用的結果。在流體中導熱機理與在固體中一樣，也取決于在固體中一樣，也取決于溫度梯度溫度梯度和和導熱系數導熱系數。而對流的換熱機。而對流的換熱機理則和

10、流體的流動有關。因此，理則和流體的流動有關。因此，對流換熱對流換熱是一種極復雜過程，影是一種極復雜過程，影響因素很多，對照響因素很多，對照牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律可知，影響對流換熱過程的所有可知，影響對流換熱過程的所有因素都集中在因素都集中在對流換熱系數對流換熱系數上，上，換熱系數換熱系數是影響整個過程的很多是影響整個過程的很多變數的復雜函數。變數的復雜函數。 所以，要求解所以，要求解值，值，只用只用一個微分方程一個微分方程不可能表示不可能表示對流對流和和導熱導熱兩者總和，必須用兩者總和，必須用微分方程組微分方程組來描述來描述。.), l ,Cptt ,tg,(fw,f2021-7-2764)

11、nt(ttntq 222222()xyzpdttttttttdxyzCxyz 0yxzdivxyz gradpgdD2 對流換熱 2021-7-2765 對流換熱2021-7-2766 對流換熱幾何相似物理相似2021-7-2767 對流換熱2021-7-2768 對流換熱相似論求 2021-7-2769HolHo 對流換熱雷諾準數llRe2021-7-2770 對流換熱2021-7-2771)nt(t 0n ()努（塞爾）謝爾特準數努（塞爾）謝爾特準數NulCCCCCltt.ltxtlttllNu10)(nlttntCCtCCC2021-7-2772 對流換熱222222()xyzptttt

12、tttxyzCxyz諧時性準數諧時性準數貝克利貝克利準數準數傅立葉準數傅立葉準數ttlCC CuHoCCl2tatllCCC CulPeCCaFolaCCCCCltt222021-7-2773 對流換熱 運動微分方程運動微分方程gradpgdD2u弗魯德準數弗魯德準數歐拉準數歐拉準數雷諾準數雷諾準數22glC CglC CFrCu22pllCC CpEuCCu22RellC CC CulCC2021-7-277432ReglGaFr伽利略準數伽利略準數32glGrGatt 格拉曉夫格拉曉夫準數準數PCaaPeRePr普朗特普朗特準數準數2021-7-2775 對流換熱2021-7-2776 對

13、流換熱對流換熱準數方程式 準數方程式應用 定性溫度和定性尺寸 準數方程式分類無相變對流換熱準數方程式2021-7-2777準準數數方方程程式式分分類類551010ffReRe2021-7-2778定性溫度取值方案 ： 流體的平均溫度 ft壁面的平均溫度 wt邊界層的平均溫度 2wfbttt有限空間流體的平均溫度 221wwbttt定性溫度定性溫度和和定性尺寸定性尺寸2021-7-2779其它 圓管內徑或外徑 d非圓形管道的當量直徑 ed換熱面高度 H換熱面長度 L2021-7-2780(Pr)nbbNuC Gr2wfbttt2021-7-27812021-7-2782C2021-7-2783

14、對流換熱有限空間有限空間指在比較小的空間里指在比較小的空間里, ,流體的流體的受熱受熱和和冷卻冷卻, ,是在彼此靠得很近地方發生的是在彼此靠得很近地方發生的, ,熱流量通過此空間熱流量通過此空間是是熱面放熱熱面放熱和和冷面受熱冷面受熱兩者綜合的結果兩者綜合的結果nmbfeHGrC)(Pr)()(相當于兩壁面換熱的努謝爾特準數2021-7-27842021-7-27852021-7-27862021-7-2787 例題：例題： 豎壁外表面溫度豎壁外表面溫度tw = 60，外界空氣溫度，外界空氣溫度tf = 20，壁高，壁高h = 3m，求每小時通過每平方米壁表面自，求每小時通過每平方米壁表面自由

15、運動換熱量（熱流密度）。由運動換熱量（熱流密度）。 （無限空間換熱）（無限空間換熱） 2021-7-2788例題：例題： 兩塊邊長為兩塊邊長為0.5m0.5m的正方形豎板構成的正方形豎板構成空心夾層空心夾層，夾層，夾層之間距離之間距離15mm,15mm,溫度分別溫度分別100100、4040，板內充滿空氣。試計，板內充滿空氣。試計算通過空氣夾層的算通過空氣夾層的對流換熱熱流量對流換熱熱流量。（有限空間換熱）（有限空間換熱）2021-7-27892.2.5 2.2.5 流體在管內流體在管內受迫運動受迫運動換熱換熱2021-7-2790光滑管內湍流光滑管內湍流強制對流強制對流 迪圖斯迪圖斯貝爾特公

16、式貝爾特公式nfffNuPrRe023. 08 . 0定性溫度：為流體定性溫度：為流體進出口平均溫度進出口平均溫度 tf定性尺寸：內徑定性尺寸：內徑 d 或或 den加熱流體加熱流體 =0.4=0.4冷卻流體冷卻流體 =0.3=0.3n適用范圍適用范圍: :下溫差流體與壁面具有中等以為管長501207010211044d.Pr.Reff2021-7-2791不同溫度時，流速分布也不同，不同溫度時，流速分布也不同，當流體在光滑管內湍當流體在光滑管內湍 流，流，加熱液體加熱液體或或冷卻氣體冷卻氣體時：時：Nuf = 0.023Re0.8Pr0.4；冷卻液體冷卻液體或或加熱氣體加熱氣體時：時：Nuf

17、 = 0.023Re0.8Pr0.3；適用條件為適用條件為L/d 50, Re = 104 1.2104， Pr = 0.7120為為反映不均勻溫度場的影響反映不均勻溫度場的影響，采用下式：，采用下式： Nuf = 0.023Re0.8Pr1/3(f /w) 0.14該式適用范圍：該式適用范圍：L/d50, Re 104, Pr=0.7120 2021-7-2792對于彎管，對于彎管，Nuf由上式乘以修正系數由上式乘以修正系數R，u R = 1+1.77 d/R (氣體氣體)；u R = 1+10.3 (d/R)3 (液體液體) 式中式中R：彎管曲率的半徑，：彎管曲率的半徑，m； d： 管子直

18、徑，管子直徑，m。2021-7-2793為管長lldffff10PrRe6 .0Pr2300Rew 對流換熱ftdde1/31/30.141.86(Pr )( )()ffffwdNuRel2021-7-2794 100002300Ref 對流換熱wftdde14. 03/23/13/2)()(1 Pr25. 1Re116. 0wffffldNu2021-7-2795NueQq2021-7-2796例題：例題： 空氣以空氣以5m/s5m/s的速度流經一直徑為的速度流經一直徑為60mm60mm的直管而被加熱，的直管而被加熱，管長管長4.0m4.0m，已知空氣平均為，已知空氣平均為9090，管壁溫度

19、，管壁溫度140140，求管壁與，求管壁與空氣間的空氣間的對流換熱系數對流換熱系數，若提高空氣流速到，若提高空氣流速到1010和和15m/s15m/s，對流，對流換熱系數為多少？換熱系數為多少？2021-7-27972021-7-27982021-7-27992021-7-27100如下圖如下圖，壁面邊界層的狀態，局部換熱系數，壁面邊界層的狀態，局部換熱系數Q 從管的從管的正面正面0開始，隨邊界層厚度的增加而下降。在開始，隨邊界層厚度的增加而下降。在90100時降低到最小值，管后的流體具有強烈的旋渦，時降低到最小值，管后的流體具有強烈的旋渦，換熱系數重新增加換熱系數重新增加 2021-7-27

20、101C144404041034103410441042.51050.8910.8210.6150.1740.02390.3300.3850.4660.6180.8052021-7-27102工業設備中，多為工業設備中，多為氣體橫向流過管束氣體橫向流過管束，氣體流速將受各排管，氣體流速將受各排管子的連續干擾，因此對管束的換熱，必須考慮一些新的因素，子的連續干擾，因此對管束的換熱，必須考慮一些新的因素，即管子的即管子的排列方式、管子間的距離、管子排數、管子直徑排列方式、管子間的距離、管子排數、管子直徑等。等。流體橫掠管束時的流動情況如圖。流體橫掠管束時的流動情況如圖。2021-7-27103例題

21、：例題： 煙氣煙氣經換熱器管束的平均溫度經換熱器管束的平均溫度900900，壁面溫度為，壁面溫度為600600，換熱器部分煙氣流速為，換熱器部分煙氣流速為4.5m/s,4.5m/s,換熱器管外直徑換熱器管外直徑57mm,57mm,管束按管束按叉排方式排列叉排方式排列，s s1 1=2d,s=2d,s2 2=2d,=2d,共共6 6排。求煙氣流經換熱排。求煙氣流經換熱器管束的器管束的平均換熱系數平均換熱系數。 2021-7-27104紫外線紫外線可見光可見光紅外線紅外線微波微波無線電波無線電波0.40.8103107熱射線熱射線2021-7-271052021-7-27106rotvibeleE

22、EEEE0rotvibeleEEEEhchErotvibee)(1063. 634JSh2021-7-271072021-7-271080qf2021-7-271094、物體熱輻射的物體熱輻射的吸收吸收、反射反射、和、和透過透過：QQQQQQQQQQDRADRA1透過率反射率吸收率，DQ/QRQ/QAQ/QDRA2021-7-27110%6 . 0腔孔FF6 . 0腔996.0孔 輻射換熱2021-7-271112021-7-27112 輻射換熱2021-7-27113 輻射換熱2021-7-27114. 0EEE0E0QQ2021-7-27115E0EE. 0E 輻射換熱2021-7-271

23、16ddEEE0000lim，ddEEE0000lim，dEE000。dEE0FEQ00EFQ 輻射換熱2021-7-271172021-7-27118）（TEET0)(）（TEET. 0)()(T)(T)(T 輻射換熱)(T2021-7-271192021-7-27120 1TT 1TT 10constTT 10constTT 10constTT2021-7-27121 輻射換熱2021-7-27122(w/m3)1251. 0TCeCE22161104387. 110743. 3CC2021-7-271232021-7-27124（m.K)33max109 . 210896. 2T2021

24、-7-27125(w/m2)40400T2C51. 00100TCTd1eCdEE669.5C0810669. 52021-7-271262021-7-27127cosEE.n.002021-7-27128 40001001)/T(C)/(TfEE.n2021-7-27129 2021-7-27130 2021-7-2713142412121100100)T()T(CQAA1A2021-7-27132112.12QQR11 .12.11 .12.1 .12.1 .12.12FEQFEQQQQQefRefefefefefR22 .21.22 .21.2 .21.2 .21.21FEQFEQQQQ

25、QefRefefefefefR2021-7-271331211 .12.12.FEQQefefR核算面積2122 .21.21.FEQQefefR*2122 .1211 .2.12FEFEQQQQQefefefefRR2021-7-27134則：此時：此時：02122 . 01211 . 02.12FEFEQQQQQefefRR212121FF1212 .1 .1212 .1 .121FEEFEEQefefefef2021-7-27135212121FF1.131211001111，1312424323121FFF161151121FFF2021-7-2

26、7136110211211，2121121110FF，2021-7-27137-（1）穩態傳熱：21.ef1 .ef21.R1 .efQQQQ11 .ef11 .ef11QQQ221112QQQ1212 .1 .1212 .1 .121FEEFEEQefefefef2021-7-27138 211111.R.efQAQQ即111211AQQQ.ef.R又根據101111FEAFEQ01EEA-（2）1111 .0 . 1111FEEQef同理2222 .0 . 2221FEEQef-（3）2220 . 22 .221FEEQef2021-7-27139討論2221211112 . 01 . 0

27、12111FFFEEQ2 . 01 . 0EE1211F1111F2221F,2021-7-271404101 . 0100TCE4202 . 0100TCE1214241022111212100100111111FTTCQ1214241012100100FTTC122021-7-27141111121121111221112FF2021-7-271421111221112FF21FF 1111211221FF11221128 . 018 . 02 輻射換熱2021-7-27143 輻射換熱2021-7-27144例題：例題： 鋼管長度鋼管長度3m3m，直徑為，直徑為70mm70mm，管壁溫度

28、，管壁溫度T T1 1為為500K500K，將其放置于截面為，將其放置于截面為 m0.3 m2 2的磚槽內，槽內壁溫度的磚槽內，槽內壁溫度T T2 2為為300K300K，求該鋼管的輻射熱損失。，求該鋼管的輻射熱損失。2021-7-27145遮熱板遮熱板 遮熱罩遮熱罩123213QQQ2021-7-27146推動力傳熱面積熱阻角系數2 . 01 . 0EE2 . 01 . 0EEFFFF321321FFF1321313213222323333333131111111111FFFFFF 遮熱板遮熱板 遮熱罩遮熱罩222323333333131111111111FFFFFF202

29、1-7-27147前系統黑度前傳熱量后傳熱量后系統黑度111121121111221112FF121424101212100100FTTCQFTTCQ424101212100100112113212 . 01 . 012FEEQ1121113211212111331221112 . 01 . 012FFFFFEEQ121111331221112FFFF2021-7-27148遮熱后系統黑度減小，凈輻射能量減少。112121212QQ111212i遮輻材料層數越多，遮輻能力越強。加入 塊，遮輻板 越多， 越小, ii12遮輻材料黑度越小，遮輻能力越強。 越小， 越小， 越小1212Q32021-

30、7-27149遮熱板的材料放置位置與遮輻能力無關；遮熱罩的材料放置位置與遮輻能力有關，應靠近輻射源。（F3）遮熱的結果將使1與3之間的溫度升高。 -涉及發熱元件或砌爐材料的實際應用-工程上常可依據遮輻要求和輻射源 表面溫度求得遮輻板的溫度和放置位置。2021-7-27150熱電偶測溫誤差熱電偶測溫誤差2021-7-27151142410111100100FTTCFttgc212021-7-271524241011100100TTCtttcg%?%ttg1002021-7-27153解：熱電偶達到熱平衡時， Q氣-偶 = Q 偶-壁 （對流為主）（輻射） 131434101311100100FT

31、TCFttgc1322021-7-27154遮熱罩達到熱平衡時， Q偶-罩 + Q氣-罩 = Q 罩-壁 （輻射） （對流為主） （輻射） 相對較小，忽略32342430323313143410131001002100100FTTCFttFTTCgc3142430331001002TTCttgc4 .15t %6 . 6%100gtt2021-7-271552021-7-271562021-7-271572021-7-27158例題例題:已知有兩無限大平行平面，其表面溫已知有兩無限大平行平面，其表面溫度分別為度分別為20及及600，黑度均為，黑度均為0.8，如果在，如果在兩平面中安放一塊黑度為

32、兩平面中安放一塊黑度為0.8或或0.05的遮熱的遮熱板，試求這兩無限大平行平面間的板，試求這兩無限大平行平面間的凈輻射凈輻射熱量。熱量。2021-7-27159（a）當當3 = 0.8 時，帶入公式得：時，帶入公式得：1212311122121231111121123220.8 0.8 0.8212120102221121()(417.8 32927.8)10836.7 /310836.7 /netnetnetqEEW mqqW m2021-7-27160212123110.0247 /112112220.8 0.8 0.8W m21212010222112() 0.0247 (417.8 3

33、2927.8)803.0 /803.0 /netnetnetqEEW mqqW m2021-7-271612021-7-271622021-7-27163與氣體的分子數目有關（溫度、分壓、有效層厚度）0Hcog22ggggPtf、%iVFVmg4容積表面積2021-7-27164其數值由實驗得出分子數目ggPg535331100100074222.gCO.ggCOCOTCTP.E336080100100074222gOHg.g.OHOHTCTP.E表達為四次方形式：40100gggTCE因此： 必與溫度有關，應修正 g TEETgg0呈非線性變化，原因tg黑體光譜曲線左移 變化ggT分子數目2

34、021-7-271652021-7-27166 不論何種類型的傳熱計算，都是聯立熱量衡算方程不論何種類型的傳熱計算，都是聯立熱量衡算方程式，傳熱速率方程式及式，傳熱速率方程式及 、K計算式求解的過程，即計算式求解的過程，即總傳熱速率方程：總傳熱速率方程：mQKF tQ-傳熱速率，傳熱速率，WK-總傳熱系數，總傳熱系數，W/(m2)F-傳熱面積，傳熱面積， m2 tm-兩流體的平均溫度差，兩流體的平均溫度差， 2021-7-27167一、傳熱平均溫度差的計算一、傳熱平均溫度差的計算 在間壁式換熱器中，按照參加熱交換的兩種流體，在沿著換在間壁式換熱器中，按照參加熱交換的兩種流體，在沿著換熱器的傳熱

35、面流動時，各點溫度變化的情況，可將傳熱過程分熱器的傳熱面流動時，各點溫度變化的情況，可將傳熱過程分為恒溫傳熱和變溫傳熱兩種。為恒溫傳熱和變溫傳熱兩種。(一一)恒溫傳熱與變溫傳熱恒溫傳熱與變溫傳熱1、恒溫傳熱、恒溫傳熱蒸發蒸發(溶液沸騰和蒸汽冷凝溶液沸騰和蒸汽冷凝)由于恒溫傳熱時，冷熱兩種流體的溫度都維持不變，所以兩流由于恒溫傳熱時，冷熱兩種流體的溫度都維持不變，所以兩流體間的傳熱溫度差亦為定值。即體間的傳熱溫度差亦為定值。即tm=T-t2、變溫傳熱、變溫傳熱:間壁一邊流體變溫而另一邊流體恒溫間壁一邊流體變溫而另一邊流體恒溫間壁兩側流體變溫間壁兩側流體變溫2021-7-27168t1Tt2T1t

36、2t1T2一側流體變溫：逆流與并流一樣一側流體變溫：逆流與并流一樣 2021-7-27169逆流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊分別以相反的方向運動。逆流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊分別以相反的方向運動。 并流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊以相同的方向流動。并流：參與熱交換的兩種流體在間壁的兩邊以相同的方向流動。 錯流：參加熱交換的兩種流體在間壁的兩邊，呈垂直方向流動稱為錯流。錯流：參加熱交換的兩種流體在間壁的兩邊，呈垂直方向流動稱為錯流。折流：參加熱交換的兩種流體在間壁兩邊，其中之一只沿一個方向流動，稱為折流：參加熱交換的兩種流體在間壁兩邊，其中之一只沿一個方向流動，稱為簡單折流

37、，若兩流體均作折流，或既有折流又有錯流的稱為復雜折流。簡單折流，若兩流體均作折流，或既有折流又有錯流的稱為復雜折流。2021-7-271702021-7-27171并流并流逆流逆流錯流錯流折流折流2021-7-27172（二）平均溫度差tm的計算2121lntttttm假設：假設：1、熱、冷流體的質量流量、熱、冷流體的質量流量qm1與與qm2均為常數；均為常數；2、冷熱流體的比熱容、冷熱流體的比熱容cp1與與cp2及總及總的傳熱系數的傳熱系數K沿傳熱面均不變；沿傳熱面均不變；3、不計換熱器的熱損失、不計換熱器的熱損失適用：適用：1、兩側流體變溫傳熱的逆流操作和并流操作、兩側流體變溫傳熱的逆流操

38、作和并流操作 2、對一側流體變溫傳熱、對一側流體變溫傳熱注意：把溫差中較大者作為注意：把溫差中較大者作為 t1，較小者作為，較小者作為 t22021-7-27173逆流與并流比較逆流與并流比較a、當、當T1、T2及及t1、t2均已確定時，均已確定時， tm逆逆tm并并，若，若Q相同，則相同，則A逆逆A并并，所以工，所以工業換熱器一般是采用逆流；業換熱器一般是采用逆流； b、并流、并流 t2 總是總是 T2，逆流，逆流t2 可以可以 (t2 - t1)并并，冷卻劑用量，冷卻劑用量ms2逆逆(T1-T2)并并，加熱劑用量，加熱劑用量qm1逆逆 qm1并并； 結論：逆流比并流優越，故應盡可能采用逆流

39、操作。但對熱敏性物料的加熱并結論：逆流比并流優越，故應盡可能采用逆流操作。但對熱敏性物料的加熱并流操作可避免出口溫度流操作可避免出口溫度t2過高而影響產品質量。此外，傳熱的好壞，除過高而影響產品質量。此外，傳熱的好壞，除tm的大小外的大小外，還應考慮影響，還應考慮影響K的多種因素及換熱器結構方面的問題。的多種因素及換熱器結構方面的問題。2021-7-27174錯流和折流時的平均溫度差：錯流和折流時的平均溫度差：tm=ttm逆逆t pA2 pB11，漂流因子的大小直接反映了總體流動在傳質中所漂流因子的大小直接反映了總體流動在傳質中所占分量的大小，即漂流因子體現了總體流動對傳質速率的影響占分量的大

40、小，即漂流因子體現了總體流動對傳質速率的影響。2121lnBBBmBBpppBpp為組分 分壓力的對數平均值此式也適用于液相此式也適用于液相1212()()AAaAAAABmBmppM D PDPggCCRTxpxp或者分子擴散系數是物質的特征系數之一，表示物質在介質中分子擴散系數是物質的特征系數之一，表示物質在介質中的擴散能力；的擴散能力；擴散系數取決于擴散質和介質的種類及溫度等因數。擴散系數取決于擴散質和介質的種類及溫度等因數。對于氣體中的擴散，濃度的影響可以忽略；溫度升高擴散對于氣體中的擴散，濃度的影響可以忽略；溫度升高擴散系數增大，與系統壓強成反比。系數增大，與系統壓強成反比。四、分子

41、擴散系數四、分子擴散系數擴散系數可以理解為沿擴散方向，在單位時間內每單位濃擴散系數可以理解為沿擴散方向，在單位時間內每單位濃度降的情況下，通過單位表面積所擴散的物質的量度降的情況下，通過單位表面積所擴散的物質的量物質在液相中的擴散系數小于在氣相中的擴散系數，一般物質在液相中的擴散系數小于在氣相中的擴散系數，一般為為1.15*10-5cm2/s； 物質的擴散系數可由實驗測得，或查有關資料，或借助于物質的擴散系數可由實驗測得，或查有關資料，或借助于經驗或半經驗公式進行計算。（見書公式經驗或半經驗公式進行計算。（見書公式2-137,2-138，表，表2-10、2-11）對于液體中的擴散，濃度的影響不

42、可以忽略，而壓強的影對于液體中的擴散，濃度的影響不可以忽略，而壓強的影響不顯著。響不顯著。對于氣體、液體在固體中的擴散速率小于在液體及氣體中對于氣體、液體在固體中的擴散速率小于在液體及氣體中的擴散速率。的擴散速率。五、對流傳質的基本公式五、對流傳質的基本公式 在湍流流體中同時存在湍流擴散在湍流流體中同時存在湍流擴散 和分子擴散（湍流擴散占主導和分子擴散（湍流擴散占主導地位地位 ），其總擴散通量為），其總擴散通量為對流傳質：分子擴散和湍流擴散的綜合對流傳質：分子擴散和湍流擴散的綜合1 1、湍流擴散：、湍流擴散：當流體流動或攪拌時，由于流體質點的宏觀隨機運當流體流動或攪拌時，由于流體質點的宏觀隨機

43、運動，使組分從高濃度處向濃度低處移動依靠流體質點的湍動和旋渦動，使組分從高濃度處向濃度低處移動依靠流體質點的湍動和旋渦來傳遞物質的現象。來傳遞物質的現象。對流傳質：流體流動狀態、速度分布、溫度梯度等影響對流傳質：流體流動狀態、速度分布、溫度梯度等影響g()AAEdCDDdx式中式中 D分子擴散系數，分子擴散系數，m2/s； DE湍流擴散系數湍流擴散系數，m2/s； dCA/dx沿沿x方向方向的濃度梯度，的濃度梯度，kmol/m4； gA總擴散通量總擴散通量kmol/(m2s)注：渦流擴散系數注：渦流擴散系數DE不是物性常數，它與湍動有關，且隨位置不是物性常數，它與湍動有關，且隨位置而不同。由于其難以測定，常將分子擴散和渦流擴散結合在一而不同。由于其難以測定，常將分子擴散和渦流擴散結合在一起考慮。起考慮。發生在流動著的流體與相界面之間的傳質過程。在滯流內層發生在流動著的流體與相界面之間的傳質過程。在滯流內層主要是分子擴散。在過渡層既有分子擴散主要是分子擴散。在過渡層既有分子擴散, ,也也有有湍流湍流