传热学课件第九章相变换热
传热学第九章
9－1 辐射传热的角系数
（3）角系数的可加性
从表面1上发出而落到表面2上的总能量，等于落到表面2上 各部分的辐射能之和，于是有
注意，利用角系数可加性时，只有对角系数符号中第二个角码 是可加的，对角系数符号中的第一个角码则不存在类似的关系。
9－1 辐射传热的角系数 3. 角系数的计算方法
试计算： （1）板1的自身辐射； （2）板1的有效辐射； （3）板1的投入辐射； （4）板1的反射辐射； （5）板1，2的净辐射换热量。
§ 9-4 气体辐射的特点及其计算
辐射性气体： 具有发射和吸收辐射能的能力的气体。
工业上常见的温度范围内 常见的辐射性气体： 二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及 结构不对称的双原子气体（一氧化碳）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤
9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤
3. 求解代数方程组，计算各表面的有效辐射。
例如
已知三个表面温度T1, T2, T3；以及 A1, A2, A3, ε1, ε2, ε3, X1,2, X1,3, X2,3。
确定每个表面的有效辐射J1, J2, J3和 净辐射热量Φ1, Φ2, Φ3。
81
9.6 综合传热问题
82
9.6 综合传热问题
83
9.6 综合传热问题 解：
求解的结果为，
这样的测量误差在工业上是可以接受的。
84
85
9.6 综合传热问题 辐射传热系数
86
第9章 测试题
• 试述气体辐射的基本特点，气体能当做灰体来处 理吗？请说明原因。（2003年，华电，15分）
• 两块平行放置且相互靠得很近的灰体平壁，它们 的黑度均为0.8，壁1和2的温度分别为400和30℃ ，试计算壁2的（1）辐射换热量；（2）本身辐 射；（3）有效辐射。（ 2003年，华电，15分）
《传热学》第9章-辐射换热的计算
J = E + ρG = εEb + (1 − α )G
漫灰表面之间的辐射换热
单位面积的辐射换热量=？
应该等于有效辐射与投入辐射之差
Φ= A
也等于自身辐射力与吸收的投入辐射能之差
J− Φ A
G = εEb
α =ε
− αG
Φ
=
Aε 1−ε
X
1,
2
1 ε1
− 1
+1+
X
2.1
1 ε2
− 1
= ε s A1 X1,2 (Eb1 − Eb2 )
εs
=
X
1,
2
1 ε1
−1 + 1 +
X
2.1
1 ε2
− 1 −1
系统黑度
6
两个漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
两块平行壁面构成的封闭空腔
角系数的曲线图
（a）平行的等面积矩形
（c）垂直的两个矩形
2 角系数的性质
(1) 相对性 (2) 完整性
A1 X 1,2 = A2 X 2,1
－互换性
封闭空腔的所有表面的角系数之和等于1
n
∑ X i , j = X i ,1 + X i ,2 +L+ X i ,i +L + X i ,n = 1
j =1
黑体辐射
Lb
=
Eb π
角系数的定义式
∫ ∫ Φ1→2 =
A1
A2
Eb1
cosθ1 cosθ 2 πr 2
传热学 第九章 辐射换热的计算
9-2 两表面之间的辐射换热过程
1. 黑体表面之间的辐射换热
任意位置的两个黑体表面1、2，从表面1发出并直接投射
到表面2上的辐射能为
1 2 A1 X 1,2 E b1
从表面2发出并直接投射到表面1上的辐射能为
21 A2 X 2 ,1 E b 2
两个表面之间的直接辐射换热量为
X 1,2 X 2 ,1 1
A2 a
A1
9-1 角系数
4. 角系数的计算方法
(2) 代数法
由三个垂直于纸面方向无限长的非凹表面构成的封闭空腔,
三个表面的面积分别为A1、A2、A3 。
X i ,i 0
根据角系数的完整性
角系数的相对性
A1 X 1, 2 A1 X 1, 3 A1
A1 X 1,2 A2 X 2 ,1
Eb1 cos 1 cos 2 dA1dA2
1d 1
dd11
2
2 Lb1 dA1 cos
2
r
Eb1
dA2 cos 2
Lb1
d1
r2
9-1 角系数
2. 角系数的定义式
12
cos 1 cos 2
cos 1 cos 2
dA1dA2
E b1
dA1dA2 E b1
2
2
A1 A2
A1 A2
r
r
表面1对表面2的角系数为
X 1,2
12
A1 Eb1
1
A1
cos 1 cos 2
A1 A2 r 2 dA1dA2
1
A2
cos 1 cos 2
传热学第九章优秀课件
在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，现 在来看图9-13中微元换热面dA一段的传热。温差为：
t th tc d t d th d tc
在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:
1 ho d o 2
Φ l(t fi t fo ) (do2 )
d
ddo2
l(t fi (d
t o2 )
fo )
2
1
22d
o
2
1 h2do22d Leabharlann ddo2do222
h2
dcr
or
Bi do2h2 2
2
可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是 极小值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也 就是说，do2在do1 ~ dcr之间，是增加的，当do2大于dcr时， 降低。
(4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清 洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。
(5) 螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成， 有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。
4 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差 传热方程的一般形式：
ho oAo(two tfo )
肋面总效率
o
(A1
f
Ao
A2)
hi1Ai tf1A i tf2 ho1oAo h 1iA i(tf 1 htofA 2oi)Ao
定义肋化系数：Ao Ai
则传热系数为
k
1
1
1
hi hoo
所以，只要o 1就可以起到强化换热的效果。
4 带保温层的圆管传热——临界热绝缘直径
(3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其 主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管 束式、管翅式和板翅式三种。
传热学(第9章--对流换热)
— —
横向节距 纵向节距
23
9-3 流体有相变时的对流换热
一、凝结换热
1.特点：
——蒸汽和低于饱和温度的冷壁面相接触时会发 生凝结换热，放出凝结潜热。（如电厂中：凝汽 器和回热加热器内，管外蒸汽与管外壁的换热）
➢两种凝结方式：根据凝结液体依附在壁面上的形
态不同分.
tw ts
1）膜状凝结：凝结液体能润湿壁面，
腾换热设备安全经济的工作区为泡态沸腾区。
34
炉内高热负荷区水冷壁沸腾换热的强化
35
各种对流换热比较
液体对流换热比气体强；
对同一种流体，强制对流换热比自然对流换热强；
紊流换热比层流换热强；横向冲刷比纵向冲刷强；
有相变的对流换热比无相变换热强。
表9-5 各种对流换热平均换热系数的大致范围
换热系数 α[w/(m2.K)]
二是在蒸汽中混入油类或脂类物质。对紫铜管进行表面改 性处理，能在实验室条件下实现连续的珠状凝结，但在工 业换热器上应用，尚待时日。
26
2.影响蒸汽膜状凝结换热的因素：
（1）蒸汽中含有不凝结气体的影响 ➢ 蒸汽中含有不凝结气体（如空气）时，即使含量极微，
也会对凝结换热产生十分有害的影响。不凝结气体将会在 液膜外侧聚集而形成一层气膜，使热阻大大增加，从而恶 化传热。
21
（1）管束排列方式的影响
s1
s1
s2
顺排
s2
叉排
叉排：换热系数大，但流动阻力大. 顺排：换热系数小，但流动阻力小.
22
s1
s1
s2
s2
顺排
叉排
（2）流动方向上管排数的影响
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均换热系 数的影响直到20排以上的管子才能消失。
传热学 第9章-传热过程分析和换热器计算
第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式 t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，o C ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =1 m 2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
传热学重点、题型讲解第九章辐射换热计算
第九章 辐射换热计算 第一节 黑表面间的辐射换热一、任意位置两非凹黑表面间的辐射换热1.黑表面间的辐射换热图9-1 任意位置两非凹黑表面的辐射换热122dA dA b1111d d cos d ΦI A θω-= E b1=πI b1； 2221cos d d rA θω=12212dA dA b1122cos cos d d d πΦE A A r θθ-=21212dA dA b2122cos cos d d d πΦE A A r θθ-=12122122212dA ,dA dA dA dA dA b1b2122cos cos d d d ()d d πΦΦΦE E A A r θθ--=-=- 1212122121,2dA ,dA b1b2122cos cos d ()d d πA A A A ΦΦE E A A r θθ==-⎰⎰⎰⎰ （9-1）2.角系数12121122b1122dA dA 12dA ,dA 22dA b11cos cos d d d cos cos πd d d πE A A Φr X A ΦE A r θθθθ-===12122121122dA dA 2dA A 12dA ,A 22dA dA d d cos cos d d d πA A ΦΦX A ΦΦr θθ--===⎰⎰12121211122dA dAA A121,2122A A1dcos cos1d dπA AA AΦΦX A AΦΦA rθθ--===⎰⎰⎰⎰（9-2a）212212AAA1,2ddπcoscos121212AArAΦΦXAA⎰⎰==-θθ（9-2b）21,212,1AXAX=（9-3）3.辐射空间热阻图9-2 辐射空间热阻21,2b2b112,1b2b12,1)()(AXEEAXEEΦ-=-=（9-4）b1b21,21,211E EΦX A-=Φ1,2=（E b1－E b2）A = σb（T14- T24）A二、封闭空腔诸黑表面间的辐射换热图9-3 多个黑表面组成的空腔图9-4 三个黑表面组成空腔的辐射网络图9-5 例9-1附图：,1,2,,1ni i i i n i j j ΦΦΦΦΦ==++⋅⋅⋅⋅⋅⋅=∑将上式除以i Φ，按角系数定义，可得,1,2,n ,11ni i i i j j X X X X ==++⋅⋅⋅⋅⋅⋅=∑（9-5）∑∑∑∑====-=-==nj nj i j i nj i j i i j i nj j i i A X E A X E A X E E ΦΦ11,bj 1,bi ,bj bi 1,)(∑=-=nj j i j i i A X E A E Φ1,bj bi （9-6）【例9-1】∑=-=311,b 1b11j j j j A X E A E Φ （a ）∑=-=312,b 2b22j j j j A X E A E Φ （b ）0313,b 3b33=-=∑=j j j j A X E A E Φ （c ）02,21,22,11,1====X X X X13,23,1==X X31,313,1A X A X =32,323,2A X A X =213,11,33,223/210.252A r X X X A r ππ==⨯==13,32,31,3=++X X X5.03,3=X033,3b323,2b213,1b13b3=---A X E A X E A X E A E4b b T E σ=2424143T T T +=T 3=415.6K 或者142.6℃1b11b11,11b22,12b33,1344b11b31,3111344311b 244()()()100100473415.61 5.67()()1801.0W 2100100b ΦE A E X A E X A E X A E A E X A A T T T T AC σπ=---=-=-⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦⎡⎤=⨯⨯⨯-=⎢⎥⎣⎦【讨论】π411212121=+=+=∑A A A A A AR 4444b1b2121,2()π 5.67 4.73 3.13)1801.0W 4/π4b E E T T ΦRσ--===⨯⨯-=∑（第二节 灰表面间的辐射换热一、有效辐射图9-6 有效辐射示意图图9-7 辐射表面热阻1.有效辐射J 1=ε1E b1＋ρ1G 1=ε1E b1＋（1－α1）G 1 W/m 2（a ）2. 辐射表面热阻11b111111G E G J A Φαε-=-= W/m 2 （b ） 1111b11b111111)(1A J E J E A Φεεεε--=--= W （9-7）二、组成封闭腔的两灰表面间的辐射换热图9-8 两个灰表面组成封闭腔的辐射换热网络图9-9 空腔与内包壁面间的辐射换热22212,1111b2b12,1111A A X A E E Φεεεε-++--=W (9-8a ))11(1)11()(2212,112b 1b 12,1-++--=εεA A X E E A Φ 1,2112()W s b b X A E E ε=- （9-8b ）)11()11(1121,212,1s -+-+=εεεX X1.无限大平行灰平壁的辐射换热A 1=A 2=A ，且X 1,2=X 2,1=1，)(111)(4241b s 212b b12,1T T A E E A Φ-=-+-=σεεε W （9-9）1121s -+=εεε2.其中一个表面为平面或凸表面的辐射换热)11(1)(22112b 1b 12,1-+-=εεA A E E A Φ W (9-10)A 2 >>A 1，且ε2的数值较大Φ1,2=ε1 A 1（E b1-E b2）W （9-11）三、封闭空腔中诸灰表面间的辐射换热1.网络法求解图9-10三个灰表面组成封闭腔辐射换热网络图9-11 例9-4附图图9-12 例题9-5附图节点1013,11312,1121111b1=-+-+-A X J J A X J J A J E εε （a ）节点2 011123,22321,2212222b2=-+-+--A X J J A X J J A J E εε （b ）节点3 011132,33231,3313333b3=-+-+--A X J J A X J J A J E εε （c ）【例9-4】X 1,2= X 2,1=0.38X 1,3=X 2,3=1-X 1,2=1-0.38=0.62计算网络中的各热阻值：A 1=A 2=π⨯0.32=0.283m 21.14283.02.02.011111=⨯-＝－A εε m -23.5283.04.04.011222=⨯=-－A εε m -23.9283.038.01112,1=⨯=A X m -27.5283.062.011123,213,1=⨯==A X A X m -2流入每个节点的电流总和等于零07.53.91.141b3121b1=-+-+-J E J J J E 07.53.93.52b3212b2=-+-+-J E J J J E 202447731067.5484b1=⨯⨯==-T E b σW/m 235445001067.5484b2=⨯⨯==-T E b σW/m24593001067.5484b3=⨯⨯==-T E b σW/m 2J 1=5129 W/m 2 J 2=2760W/m 2b1111112024451291072W 114.1E J ΦA εε--===- b22222235442760148W 1 5.3E J ΦA εε--===-312()(1072148)1220W ΦΦΦ=-+=-+=-【例9-5】1.1411111=-=A R εεm -23.512222=-=A R εεm -23.9112,12,1==A X R m -27.5113,13,23,1===A X R R m -2E b1=20244W/m 2 E b2=3544W/m 2∑++++=23,23,12,11111R R R R R R =14.1+5.243.57.57.513.911=+++m -2b1b21,2202443544682W 24.5E E ΦR --===∑J 1=E b1－Φ1,2⨯R 1=20244－682⨯14.1=10627.8 W/m 2J 2=E b2＋Φ1,2⨯R 2=3544＋682⨯5.3=7185.6 W/m 2J 3=（J 1+J 2）/2=8893.2 W/m 2J 3=G 3=E b3=σ b T 341/41/4b3388893.2629K5.6710b E T σ-⎛⎫⎛⎫=== ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭2. 值解法图9-13 例9-6（a ）（b ）附图及其辐射换热网络∑==ni i j i i j j A X J G A 1,j j εα=∑=-+=ni i j i i j j j j j j A X J A E A J 1,b )1(εε（9-12）∑∑===ni i j i j n i i j i i X J A A X J 1,1,b ,1(1)nj j j j i j i i J E J X εε==+-∑（9-13）4b 1,11j j j j jni i j i T J X J σεεε⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=--∑=（9-14）4111,121,231,31,b 1114212,122,232,32,b 2221,12,231()()111()()11n n n n n n n J X J X J X J X T J X J X J X J X T J X J X J X εσεεεσεε-+++⋅⋅⋅+=--+-++⋅⋅⋅+=--⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅++4,3,b 1()()11n n n n n n n J X T εσεε⎫⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪+⋅⋅⋅+-=⎪--⎭ （9-15）ii i i i i A J E Φεε--=1b i =1，2，…n （9-16）【例9-6】1,11,21,31,400.150.540.31X X X X ====、、、；2,12,22,32,40.2500.500.25X X X X ====、、、；3,13,23,33,40.270.140.320.27X X X X ====、、、；4,14,24,34,40.310.150.540X X X X ====、、、；4432198.267.5931.054.015.010⨯⨯=---J J J J 4432183.267.5425.05.0525.0⨯⨯=--+-J J J J4432186.267.5427.068.414.027.0⨯⨯=-+--J J J J 4432184.267.55.15.254.015.031.0⨯⨯=+---J J J JJ 1=440.45 W/m 2； J 2=370.28 W/m 2； J 3=382.69 W/m 2 ; J 4=380.80 W/m 2。
传热学课件课件
❖ 3 ）教育思想发生了本质性的变化
❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方 面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面， 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题，对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
❖ 2 、研究对象 ❖ 传热学研究的对象是热量传递规律。 ❖ 3 、研究方法
❖ （ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
❖（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的 观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些， 因液体分子的间距较近，分子间的作用力对 碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非 导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动， 原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的） 的作用。
❖ 黑体在单位时间内发出的辐射热量服从于 斯忒藩——玻耳兹曼定律，即
AT 4 （1-7）
其中 T ——黑体的热力学温度 K ；
——斯忒潘—玻耳兹曼常数（黑体辐 射常数），其值为 5.6710-；8 W/ m2 K4
A——辐射表面积 m2 。
实际物体辐射热流量根据斯忒潘——玻耳 兹曼定律求得：
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
2 、热辐射的基本规律：
❖ 所谓绝对黑体：把吸收率等于 1 的物体
称黑体，是一种假想的理想物体。
❖ 黑体的吸收和辐射能力在同温度的物体中
是最大的而且辐射热量服从于斯忒藩—— 玻耳兹曼定律。
二、讲授传热学的重要性及必要性
1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容 之一，是建环专业必修的专业基础课。是 否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到 后续专业课的学习效果。
传热学-9 传热过程和换热器
t
t
t1
t1
t1
t 2
t1
t 2
t 2 A
t 2 A
t
t
t1
t1
t1
t1
t 2
t 2
t 2
A
t 2 A
以顺流情况为例，作如下假设：
（1）冷、热流体的质量流量 qm2、qm1以及比热容 C2, C1是常数；
（2）传热系数是常数； （3）换热器无散热损失； （4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
阻值。虽然 o 1，但 o 1 ，所以加肋侧总热
阻减小，传热热流量增加。
（2）调节壁面温度
9-1 传热过程的分析和计算
对于蒸汽加热的暖气包，由于蒸汽凝结换热系数 h1远远大于暖气包对室内空气自然对流时的h2，使这 一传热过程中的总热阻完全决定于h2一侧的换热热阻。 因此在h2一侧加导热热阻较小的肋片是最有效的改进 措施。
ho
1
1
hi Ai
hi dil
圆柱面导热： Φ= (twi two ) 1 ln do
2 l di
9-1 传热过程的分析和计算
外部对流：
Φ two t f 2 two t f 2
1
1
ho Ao ho dol
hi
Φ
t fi t fo
ho
1 1 ln( do ) 1
hi dil 2l di ho dol
在表面传热系数较小的一侧采用肋壁是强化传热 的一种行之有效的方法。
9-1 传热过程的分析和计算
四 临界热绝缘直径
圆管外加肋片是强化换热还是消弱传热（圆管外加保热 层）取决于增加表面积后所引起的对流换热热阻减小的程度 及导热热阻增加的程度的相对大小。
传热学第九章课件
Ah(Tf − T1 ) = Aε1σ T − T2
4 1
(
4
)
高 正 阳
测温误差 Tf − T1 =
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ε1σ (T14 − T24 )
h
传热学 Heat Transfer
§8-5 气体辐射 一、辐射性气体
在工业上常见的温度范围内， 在工业上常见的温度范围内，氧、氮、氢等分 子结构对称的双原子气体， 子结构对称的双原子气体，可以认为是热辐射的透 明体。 明体。 辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气、 辐射性气体主要有：二氧化碳、水蒸气、二氧 化硫、甲烷、氟里昂等三原子、 化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及结构不 对称的双原子气体（一氧化碳）。 对称的双原子气体（一氧化碳）。
高 正 阳
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传热学 Heat Transfer
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高 正 阳
传热学 Heat Transfer
§8-2 两固体表面间的辐射换热
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高 正 阳
传热学 Heat Transfer
一、有效辐射
单位时间离开单位面 积的总辐射能为有效辐 射，记为J 。 J1 =E1 + ρ1G1
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高 正 阳
传热学 Heat Transfer
I1 cos ϕ1dA1dΩ1 Xd1,d2 = E1dA1 dA2 cos ϕ1 cos ϕ2 = πr2
cosϕ1 cosϕ2 Xd1,2 = ∫ dA2 2 A2 πr
1 cosϕ1 cosϕ2 X1,2 = ∫ ∫ dA dA2 1 2 A A2 1 A πr 1
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高 正 阳
传热学 Heat Transfer
直径1m、 2m的圆形烟道内，有温度为1027摄 直径1m、长2m的圆形烟道内，有温度为1027摄 1m 的圆形烟道内 1027 氏度的烟气通过，烟气压力为0.1MPa, 0.1MPa,其中二氧 氏度的烟气通过，烟气压力为0.1MPa,其中二氧 化碳占10% 水蒸气占8% 其余气体不辐射， 10%， 8%， 化碳占10%，水蒸气占8%，其余气体不辐射，求 烟气对包壁的平均发射率， 烟气对包壁的平均发射率，若烟道表面可以看 做为温度为527摄氏度的黑体， 527摄氏度的黑体 做为温度为527摄氏度的黑体，计算烟气对烟道 表面的辐射换热。 表面的辐射换热。
传热学-相变对流换热
实验结果修正
实验关联式
膜状凝结实验关联式：
竖壁（层流）
hV
=
1.13
⎡ grρ
⎢ ⎣
η
l
l(
t
s
λ2 3
ll
− tw
⎤1/ 4
)
⎥ ⎦
Rec<1600
竖壁（湍流） Rec>1600
Nu
=
Ga1/ 3
58
P rs− 1 / 2
⎛ ⎜ ⎝
P rw P rs
Re
⎞1 ⎟
/
4
(R e 3
/
4
−
⎠
253
)+
9200
7.2 膜状凝结分析解及计算关联式
努塞尔纯净饱和蒸汽层流膜状凝结理论分析解
以竖壁、稳态、膜状凝结为例：
y
连续性方程：
∂u + ∂v = 0 ∂x ∂y
g
动量方程：
ρ（l u
∂u ∂x
+
v
∂u ) ∂y
=
ρl g
−
dp dx
+ηl
∂2u ∂y 2
tw
tδ ts
能量方程：
u
∂t ∂x
+
v
∂t ∂y
=
al
∂ 2t ∂y 2
x
假设3：液膜速度很低，忽略其惯性力
dp/dx为液膜在x方向压力梯度，等于y＝δ处蒸汽侧压力梯度(dp/dx)v
假设2：蒸汽静止。 dp dx
=
⎜⎛ ⎝
dp dx
⎟⎞ ⎠v
=
ρv g
7.2 膜状凝结分析解及计算关联式
努塞尔纯净饱和蒸汽层流膜状凝结理论分析解
研究生传热学课第九章
n
∑J X
i =1 i
n
i, j
Fi = Fj ∑ X j ,i J i
i =1
n
J j = ε jσ bT j4 + (1 − ε j ) ∑ X j ,i J i
n i =1
εj 4 X j ,i J i − = σ bT j ∑ 1− ε j ε j −1 i =1 Jj
Example 9-4，9-5，9-6
cos θ1 cos θ 2 dQdF1 ,dF2 = QdF1 →dF2 − QdF2 →dF1 = ( Eb1 − Eb 2 ) dF1dF2 2 πr 微面积dF1 F2的辐射换热量为 dF1与 的辐射换热量为： 微面积dF1与F2的辐射换热量为：
微面积dF1与dF2的辐射换热量为： 微面积dF1与dF2的辐射换热量为： dF1 的辐射换热量为
(
)
example
• 9-2 and 9-3 • 车间的蒸气管道，长为1m，外径为50mm，管道 发射率为0.4，温度t1＝50℃，墙面温度为15℃， 求管道与车间墙面的换热量
1 2
热 网 络
封 2-3 三 闭 个 空 灰 腔 表 辐 面 射 组 换 成
封闭空腔中多灰表面间的辐射换热
Eb 3
1− ε3 ε 3 F3
• 绝热面（重辐射面）：净辐射换热量为0. 绝热面（重辐射面）：净辐射换热量为0. ）：净辐射换热量为 • 能量流动方向看：投射来的能量全部反射出去 能量流动方向看： • 数值取决于左右两个空间热阻的相对大小
Eb 3
1 X 1,3 A1 1 X 2,3 A2
Eb1
《相变对流传热》PPT课件
tw ts
凝结形态的决定性因素
‐ 是否形成膜状凝结主要取 决于凝结液的润湿能力；
虽然‐珠而状润凝湿结能换力热又远取大决于于膜外状表凝结，但可惜的是，珠状凝结很 难 结保效持果张能，，力力因应；强此以外。，膜表工状张程凝力实结小践计的应算润用作湿中为只设能计实的现依膜据状。凝结。为保证凝
‐ 实践说明，几乎所有的常 用蒸气在纯洁条件下在常 用工程材料干净外表上都 能得到膜状凝结。
表竖壁
➢倾斜壁平均外表传热系数
由 l u u x v u y d d p x lg si n l y 2 u 2
1
h0.94r3lg L3 l(tsl2 stw i)n4
➢ 水平圆管外表凝结传热外表传热系数
•Nusselt 采用图解积分得
1
hH0.729ld r(g ts3 l l2 tw)4
ug 2 ll y1 2y2
➢温度
由
al
2t y2
0
t y
c1
tc1yc2 y 0 ,t t w c 2 t w
y ,t t s ,t s c 1 t w c 1 t s t w
ttwy(tstw)
➢x处的质量流量qm
q m 0 d q m 0 l u d y 0 l 2 l g y 1 2 y 2 d y l 3 2 g l3
引入假设⑥温度线 性分布，热量转移
仅考虑导热
➢局部外表传热系数
dx h x(ts tw )d xlts tw dx
hxl /
1
1
h xl 4l r l(tslg 2 tw )x 4 4r l(ts3 lg tlw 2 )x 4
➢整个竖壁平均外表传热系数
1
h V lts 1 tw 0 lh x ts tw d 3 4 x h x l 0 .9 4 l r l( ts 3 lg 3 l t 2 w ) 4
传热学第九章相变对流换热 3
当壁面温度超过液体压力所对应的饱和 温度时就发生沸腾过程 。
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第九章 相变对流换热
4
2. 计算
沸腾换热系数
q h(tw ts )
壁面过热度
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第九章 相变对流换热
5
3. 特征
沸腾过程的特征是有汽泡生成。 汽泡的生成、长大和脱离与过热度 的大小、表面的性质及流体的物性有关， 特别是表面张力的影响尤为重要。
第九章 相变对流换热
§9-1 大容器沸腾换热 §9-2 管内沸腾换热 §9-3 凝结换热 §9-4 传热系数的计算 §9-5 热管
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第九章 相变对流换热
1
基本要求
1. 了解沸腾换热的类型及主要影响因素。
2. 掌握大容器沸腾换热曲线及其计算方法。
3.掌握两类沸腾换热恶化的现象及防止恶
第九章 相变对流换热
9
② t < tDNB h和q 随 t急剧增大
③ t > tDNB 汽泡生成的速度远大于汽
泡脱离的速度，以至于汽泡合并，覆盖加热面，
抑制了加热面和液体的接触，h下降，t 仍在增
大， t的增大小于h的减小，q开始下降 ，因此
出现热流密度的峰值点C（临界热流密度），对
对于水，米海耶夫推荐在压力105 ~ 4106 Pa
下
h 0.122t 2.33 p0.5
按 q ht h 0.533q0.7 p0.15
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第九章 相变对流换热
13
（2）广泛适用于各种液体的计算式 罗逊瑙提出 ：
c pL t
r PrLn
CwL
q
Lr
蒸汽中含油，沉积在壁面上形成油垢，增加了
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为判断凝结液膜的流态，引进凝结液膜的雷诺数
Rec
um l d e
l
4 um l
l
4qm, L
l
式中，um 为底部凝液的平均速度；
• • • • • • •
重点与难点
重点： 1. 大竖壁上的膜状凝结换热。 2. 影响凝结换热的主要因素及强化措施。 3. 大空间饱和沸腾曲线、临界热流密度。 难点： 1. 竖壁上的膜状凝结换热分析解法 2. 饱和沸腾曲线的理解
内容精粹
§1 大容器沸腾换热
§2 管内沸腾换热
§3 凝结换热
3 l
1/ 4
该式即为竖壁稳态层流膜状凝结时的努塞尔理论解。
定性温度：除汽化潜热 r 按饱和温度取值以外， 其它参数都按液膜的算术平均温度 tm＝(tsat+ tw)/2 取 值。
适用条件：研究证明，如果满足
Ja
c pl (tsat tw ) r
0.1, 1 Pr 100
研究证明，如果满足Ja <0.1和1<Pr <100，上式 的误差将低于3％。 Ja 称为雅各布（Jacob）数，表 示凝结液的显热与潜热之比。 对努塞尔理论解的修正：
g l ( l v ) r hx 4l (tsat tw ) x
3 l
1/ 4
ห้องสมุดไป่ตู้
若冷凝温差tsat-tw等于常数，沿竖壁积分即可得出 高L的整个壁面的平均表面传热系数
1 L hL hx dx L 0
g l ( l v ) r 0.943 l (tsat tw ) L
了解影响核态沸腾换热主要因素的主要目的就是 为了确定强化或者削弱沸腾换热的方法。
第二节 管内沸腾
外力驱动下流体在宏观 定向运动过程中发生的沸腾 现象。如电站直流锅炉水冷 壁管和制冷系统蒸发器管中 的沸腾。
强迫对流沸腾过程中始 终伴随有汽液两相流动。
第三节
1.凝结的形态
凝结换热
(a) 膜状凝结
(b) 珠状凝结
§4 热管
第一节 沸腾换热
液体温度超过相应压力下的饱和温度时所发生的 汽化现象，伴随大量汽泡产生。 因压力突降发生的沸腾现象（闪蒸）， 均相沸腾： 不存在加热面。 因表面加热产生的沸腾现象。 非均相沸腾： 大空间沸腾（池沸腾）
强迫流动沸腾
饱和沸腾
过冷沸腾
主要讨论饱和池沸腾
一、饱和池沸腾换热曲线
饱和池沸腾换热的特点： 饱和沸腾曲线: qw~tb
所有带“l”角码的物性都指液体。
33％
100％
库塔捷拉泽（S.S. Kutateladze）和朱伯（N.Zuber）给 出了大空间核态饱和沸腾临界热流密度的计算公式 ：
qmax 0.149 r
1/2 v
g ( l v )
1/ 4
适用条件：大空间核态饱和沸腾，加热表面的特 征尺寸远大于汽泡平均直径。 临界热流密度的数值与压力密切相关，在比压力 （液体的压力与其临界压力之比）大约等于0.3处临界 热流密度具有极大值。 有关膜态沸腾的计算公式请看教材313页。 三、影响核态沸腾换热的主要因素 3 1/ 2 （1）液体的物性 q r g ( l v ) c p ,l Δt w l n Cwl rPrl 从罗森诺公式可以看出。
第九章 相变换热
例 题 赏 析
内 容 精 粹
重 点 难 点
基 本 要 求
基 本 要 求
• • • • • 1. 了解沸腾换热的类型及主要影响因素。 2. 掌握大空间沸腾换热曲线及其计算方法。 3. 了解蒸汽凝结的条件、基本方式及特点。 4. 掌握大竖壁上膜状凝结换热计算方法。 5. 掌握影响凝结的主要因素及强化凝结换热 的措施。
de 为液膜的当量直径: 4 A 4 b de 4
P b
根据热平衡，冷表面吸收的热量一 定等于凝结液释放的潜热，即 凝结液膜雷诺数是凝 h( tsat tw )L rqm. L 结表面传热系数和换 热温差的函数 。导致 4h( tsat tw ) L Rec 计算时必须进行迭代 。 r
3
l 为饱和液体的动力粘度（Pas）；
r 为沸腾液体的汽化潜热（kJ/kg）； 为液体与饱和蒸气界面上的表面张力（N/m）； l、v 分别为饱和液与饱和蒸气的密度（kg/m3）； cp,l 为沸腾液体的比定压热容（J/kgK）； t 为壁面的过热度，即沸腾温差（℃）； Cwl 为根据加热面与液体种类选取的经验常数；
(c) 均相凝结
(d) 接触凝结
(e) 多组分凝结
2.竖壁稳态层流膜状凝结的努塞尔理论解 努塞尔作了以下几点假设： （1）蒸气为纯饱和蒸气，不含杂质或不可凝气体； （2）汽、液物性均为常数； （3）蒸气静止，对液膜表面无粘性力作用； （4）液膜极薄，流速很低，忽略其惯性力； （ 5 ）相变发生在汽 - 液交界面上，液膜处于饱和温 度； （6）液膜内仅有导热作用，忽略对流传热方式； （7）液膜的过冷度可以忽略不计； （8） 膜表面没有波动。 根据上述假设，使竖直平壁表面稳态层流膜状凝 结换热问题的数学模型大为简化：
4个阶段： （1）自然对流沸腾
（2）核态沸腾A~C （3）过渡沸腾C~D
（4）膜态沸腾D～
核态沸腾
过渡沸腾
膜态沸腾
二、池沸腾换热的计算关系式
计算大空间饱和核态沸腾的罗森诺公式：
g ( l v ) qw l r
1/ 2
c p ,l Δt n Cwl rPrl
（2）加热表面的状况 ：决定汽化核心数目的多少。 (a) 壁面材料的种类、热物理性质以及壁面的厚 度等。如壁面与沸腾液体间的润湿性、加热壁面的 吸热系数 (c)1/2对沸腾换热都有影响； (b) 加热壁面的粗糙度； (c) 加热壁面的氧化、老化和污垢沉积情况等。
（3）液体的压力 ：液体核态沸腾的表面传热系数 随系统压力的增加而增加。 （4）不凝气体的含量、加热表面的大小与方向以 及液体自由表面的高度（即液位）等因素的影响。