传递导论第四章

例4-3 环氧树脂的加热
盘管加热器
静态混合器
课后思考 1.制皂生产中需通过加热减压蒸发将皂基中的多余 水份除去。生产过程中，发现减压蒸发器出口皂基 含水率升高。检查换热器，蒸汽温度不变，皂基流 量和进口温度不变，只是出口温度降低。技术员怀 疑是管内的传热系数变化所致。你认为呢？
4.4 绕流传热 4.4.1 传热边界层
用量纲分析法导出
Nu f Re
5.热电偶支架是不锈钢管，用焊接将 其与小球连接，试分析对实验结果有 何影响。
类似流动边界层，以T-TW=99%（T0-TW）为界线。
热边界层厚度
T Pr -1 3
分子动量扩散 Pr a 分子热量扩散

层流 湍流
k hL 0.664 Re1 2 Pr 1 3 L L
1 k hL 0.0365 Re L 853 Pr 3 L 4 5


问题探讨 芯片冷却速率
防热辐射套装
4.2 管内层流换热
工业上常见的圆管加热方式有两种： ①. 恒壁温（夹套蒸气加热）TW=常数 ②. 恒热流（电加热）qW=常数
截面平均温度Tb 随 z的变化如下图：
截面的温度分布T 决定换热效果
在 dz 段上壁面处的导热速率应等于流体和壁 面之间的对流换热速率。 T 2 Rdz 壁面处导热速率： Q k r r R
第四章 热量传递
4.1 传热机理
热传导，热对流，热辐射。
例4-1 热水瓶保温
影响因素： ①.物性特征： ρ 、k、 CP 、μ等。 （物性是温度的函数，特性温度） ②.几何特征：尺度、形状、方位等。 ③.动力学特征：流动状态（层流、湍流）等。
例4-2 芯片散热
增大传热面积
提高传热系数
减小接触热阻
4.1.1 热传导 傅立叶定律
dT qx k dx
qx : 导热通量 [J/m2· s] k : 热导率 [W/m· K]
dT : 温度梯度 dx
[K/m]
负号表明热量由高温传向低温。
4.1.2 热对流
流体相对于固体作宏观运动时， 引起微团尺度上的热量传递。 其规律符合牛顿冷却定律： Q = q A =hA（TW - Tf）
②无量纲数的函数关系
通过实验得函数关系
Ud hd f k
Nu f Re
对气体（20＜Re ＜ 180000）
Nu 0.37 Re0.6
对Pr≠1的流体
Nu 0.37 Re
0.6
Pr
1 3
问题探讨 单个颗粒与颗粒群的传热对比
强制对流
固定床
课后思考 4.影响小球对流传热系数的相关变量有 h f , ,k ,d ,U
式中：h 对流传热系数 [W/m2· ，通常由实验测定。 K]
湍流 > 层流、强制对流 > 自然对流、相变 > 无相 变
4.1.3 热辐射
T q C0 100
4
ε: 黑度，由实验测得，其值为0~1 C0: 黑体辐射系数，其值为5.67 [W/m2· 4] K
T: 绝对温度 [K]
hD Nu k
4.3 间壁式换热器
管壳式换热器 板式换热器
Q
n i 1 1 hh Ah hc Ac 1 k i An
Th Tc
工程上：Q = KAΔT 式中：K 称传热系数
n i 1 1 1 KA hh Ah 1 ki An hc Ac
强化传热途径：①增大 A，②提高ΔT，③强化 K。
颗粒的热量变化率 能量守恒 Q1= Q2
dT Q2 = ρC PV dt
dT hA(T f T ) C PV dt

T T f
d (T T f ) T Tf
T0 T f
hA C PV

t
0
dt
hA t C PV
温度随时间变化关系
T Tf T0 T f
e
T0 T f
单个颗粒
自然对流
强制对流
颗粒群
固定床
流化床
例4-3 强制对流传热规律
对Pr=1的流体 ①对流传热系数与相关变量的函数关系 h f , ,k ,d ,U 采用控制变量法，只改变U，其它变量保持常数， 上式为
h f U
通过实验得函数关系 需要注意：以上实验结果是针对某一特定的系统，换 作其它流体或颗粒就不适用了。
4.4.3 小球传热
（1） 传热原理 反应器中的球形催化 剂颗粒体积V，表面积A， 初始温度T0，通入温度为 Tf 的热气流，颗粒温度将 随时间升高。
简化：忽略颗粒内部导热热阻，集总参数法。 毕奥数 Bi < 0.1
V k 内部导热热阻 Bi A 1h 外部对流热阻
T 时刻通过对流换热，颗粒的加热量 Q1=hA（Tf - T）

（2） 远程实验
① 控制界面
http://202.120.96.135
② 实验视频
http://202.120.96.135:86
（3） 实验结果讨论 小球温度随时间的变化关系
T Tf T0 T f
数据处理
e

hA t C PV
hA ln t T Tf C PV
课后思考
2.用传热边界层分析圆管热进口段特点。并与流 动进口段对比。 3. 图示圆管局部传热系数随z变化关系，讨论其 规律。
4.4.2 绕圆柱传热
hθ 随θ的变化 ①．层流边界层发展，δT ↑， hθ ↓；至约81°处，边界层分 离， hθ ↑；原因是旋涡冲刷表 面。 ②．先是层流边界层发展, δT ↑, hθ ↓；层流→湍流， hθ ↑↑, 而后湍流边界层发展,δT ↑, hθ ↓；至约130°处，湍流边界层 分离，又促使hθ ↑。
对流换热速率：Q=h2πRdz(TW-Tb)
T h(TW Tb ) k r
rR
h TW T k r TW Tb r R
对圆管层来自百度文库换热 恒 TW：Nu=3.66 恒 qW：Nu=4.36
问题探讨 圆管层流换热 细管好,还是粗管好?
定义努塞尔数