对流传热3
第三章
对流传热 一、名词解释
1．
速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。 2．
温度边界层：在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。 3．
定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。 4．
特征尺度：对于对流传热起决定作用的几何尺寸。 5．
相似准则(如Nu,Re,Pr,Gr,Ra)：由几个变量组成的无量纲的组合量。 6．
强迫对流传热：由于机械(泵或风机等)的作用或其它压差而引起的相对运动。 7． 自然对流传热：流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。
8．
大空间自然对流传热：传热面上边界层的形成和发展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。 9． 珠状凝结：当凝结液不能润湿壁面(θ>90?)时，凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜。
10． 膜状凝结：当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角(液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角)θ<90?，凝结
液在壁面上形成一层完整的液膜。
11． 核态沸腾：在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度，汽泡的剧烈扰动使表
面传热系数和热流密度都急剧增加。
12． 膜态沸腾：在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的导热系数远
小于液体的导热系数，因此表面传热系数大大下降。
二、填空题
1． 影响自然对流传热系数的主要因素有： 、 、 、 、 、 。
(流动起因，流动速度，流体有无相变，壁面的几何形状、大小和位置，流体的热物理性质)
2． 速度边界层是指 。
（在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。）
温度边界层是指 。
（在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。）
3． 流体刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时，其局部对流传热系数沿管长逐渐 ，这是由
于 。
（减小，边界层厚度沿管长逐渐增厚）
4． 温度边界层越 对流传热系数越小，强化传热应使温度边界层越 。
（厚，簿）
5． 流体流过弯曲的管道或螺旋管时，对流传热系数会 ，这是由于 。
（增大，离心力的作用产生了二次环流增强了扰动）
6． 流体横掠管束时，一般情况下， 布置的平均对流传热系数要比 布置时高。
（叉排，顺排）
7． 管外流动传热，有纵向冲刷和横向冲刷之分，在其他条件相同时，以 向冲刷方向传热更为强烈。
（横向）
8． 对流传热微分方程式的表达式为 。其中，αx 是 ，λ是 ，Δt 是 ，
0=???? ?
???y y t 是 。 （0=????
?????-=y x y t t h λ，局部换热系数，流体导热系数，主流流体温度与壁温之差，贴壁处流体的法向温度变化率） 9． 纯净饱和蒸气膜状凝结的主要热阻是 。
（液膜的导热热阻）
10． 大容器饱和沸腾曲线可分为 、 、 、 四个区域，其中 具有温
差小、热流大的传热特点。
（自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾，核态沸腾）
11． 雷诺比拟采用 模型，其结果在Pr ＝ 条件下与实验解相吻合.
（单层，1）
12． 沸腾的临界热通量是指 。
（当壁面过热度大到某一程度时，汽泡来不及脱离加热面而开始连成不稳定的汽膜，即由核态沸腾开始向膜态沸腾过渡，出
现临界点的热流密度）
13． 格拉晓夫准则的物理意义 ；表达式Gr ＝ 。 （流体流动时浮升力与粘滞力之比的无量纲量，23
ναc v tl g ?）
14． 减小管内湍流对流传热热阻的方法有 、 、 、 。
（增加流速，采用短管。改变流体物性，增加换热面积，扰流，采用导热系数大的流体
用小管径等）
15． 反映对流传热强度的准则称为 准则。
（努塞尔）
16． 普朗特准则Pr 的数学表达式为 ，它表征了 的相对大小。
（ν/a ，动量传递与热量传递）
17． 管内充分发展湍流的传热系数与平均流速U 的 次方成 比.，与内径D 的 次方成
比。
（0．8，正，0．2，反）
18． 大空间自然对流处于湍流状态时有自模化特征，此时传热系数与 无关。
（尺寸）
19． 自然对流传热在 条件下发生关于特征尺度L 的自模化现象.。
（湍流）
20． 在蒸汽的凝结过程中， 凝结的传热系数大于 凝结。
（珠状，膜状）
21． 自然对流传热是指 。
（流体在浮升力作用下的对流传热）
22． 管槽内对流传热的入口效应是指 。
（流体入口段由于热边界层较薄而具有较高的对流传热系数）
23． 流体在大空间沿竖壁作自然对流传热时，对于湍流工况，其对流传热系数正比于竖壁高度的 次方。
（0）
24． 大容器沸腾曲线分为 、 、 、 四个区段。
（自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾）
三、选择题
1．
下列各参数中，属于物性参数的是： （1）
传热系数K （2） 吸收率α
（3）
普朗特数Pr （4）
传热系数h c 2． 流体纯自然对流传热的准则方程可写成
(1)Nu ＝f(Re ，Pr) (2)Nu ＝f(Gr ，Pr)
(3)Nu ＝f(Re ，Gr ，Pr) (4)Nu ＝f(Bi ，Fo)
3． 流体掠过平板对流传热时，在下列边界层各区中，温度降主要发生在：
(1)主流区 (2)湍流边界层 (3)层流底层
(4)缓冲区 (5)湍流核心区
4． 空气自然对流传热系数与强迫对流时的对流传热系数相比：
(1)要小的多 (2)要大得多
(3)十分接近 (4)不可比较
5．
沸腾的临界热流量q c 是： （1）
从过冷沸腾过渡到饱和沸腾的转折点 （2） 从自由流动过渡到核态沸腾的转折点
（3） 从核态沸腾过渡到膜态沸腾的转折点 （4）
从不稳定膜态沸腾过渡到稳定膜态沸腾的转折点 6． 流体在大空间沿竖壁自然对流传热时，在湍流状态下；对流传热系数正比于竖壁高度的( )
(1)0次方 (2)0.8次方 (3)l/4次方 (4)l/3次方
7． 液体沸腾时，汽泡内的压力大于汽泡外液体的压力，主要由于下列哪个因素造成的?
(1)传热温差 (2)表面张力 (3)浮升力 (4)重力
8． 定型准则是指：
(1)包含定型尺寸的准则 (2)全部由已知量构成的准则
(3)含有待求量的准则 (4)待定准则
9． 工程中，较为常用的沸腾工况是指：
(1)膜态沸腾 (2)核态沸腾 (3)自然对流沸腾 （4）以上都不是
10． 下述哪种手段对提高对流传热系数无效?
(1)提高流速 (2)增大管径
(3)采用入口效应 (4)采用导热系数大的流体
11． 已知某气体的密度为1.26kg/m 3，比热为1.02kJ/(kg 〃K)，导热系数为0.025W/(m 〃K)，粘度为15.1×10-6m 2/s ，其Pr(普
朗特)准则数为多少? ( ) (1)0.78 (2)0.02 (3)0.7 (4)0.62
12． Nu(努谢尔特)准则反映： ( )
(1)惯性力和粘滞力的相对大小 (2)对流传热强度
(3)浮升力和粘滞力的相对大小 (4)导热能力大小
13． 描述浮升力与黏滞力的相对大小的准则数称为：
（1）Re (2)Gr (3)Pr (4)Ra
14． 当管长远大于管径时，圆管横向布置时的管外膜状凝结传热系数与竖放时相比如何?
（1） 横放时大 （2）
两者差不多 （3）
竖放时大 （4） 无法比较
15． 无量纲组合23
ναtl g v ?称为什么准则？
(1)雷诺Re (2)普朗特Pr
(3)努谢尔特Nu (4)格拉晓夫Gr
16． 判断管内湍流强制对流是否需要进行人口效应修正的依据是什么?
(1)l/d ≥70 (2)Re ≥104 (3)l/d<50 (4)l/d<104
17． 对流传热以 作为基本计算式。
(1)傅里叶定律 (2)牛顿冷却公式
(3)普朗克定律 (4)欧姆定律
18． 从传热角度看，下面几种冷却方式中，哪种方式的冷却效果会最好?
(1)水冷 (2)氢冷 (3)气冷 (4)水沸腾冷却
19． 相变传热的特征为 。
(1)工质比体积变化较大 (2) 汽化潜热 (3) (1)+(2) (4)工质比体积较大
20． 冷却液润湿壁面的能力取决于 。
(1)液体的表面张力 (2)液体与壁面间的附着力 (3) (1)+(2) (4) (1)或(2)
21． 在饱和沸腾时，随着 的增高，将会出现 个换热规律全然不同的区域。
(1)壁面过热度 ，4 (2)壁面过热度，6 (3)热流密度 ，4 (4)热流密度，6
22．对流传热微分方程组共有几类方程？
(1) 2 (2) 3 (3) 4 (4)5
23． 凝结液能很好的润湿壁面，形成完整的膜向下流动，称为 。
(1)凝结 (2)膜状凝结 (3) 珠状凝结 (4)稳态凝结
24．下列哪个不是影响对流传热的主要因素？
(1)流动起因；
(2)t w ；
(3)ε；
(4)换热面的几何形状。
25．对于P r 数，下列说法哪个是错误的？
(1)它是动力粘度与热扩散率的比值；
(2)它是研究对流传热最常用的重要准则；
(3)对于层流流动，当Pr=1时，δ=δt ；
(4)它反映了流体中热量扩散和动量扩散的相对程度。
26．自由对流传热的流态主要取决于 的数值。
(1)Pr (2)Fo (3)Re (4)Gr
27．如果流体的流动是由流体内部温差产生的密度差引起的，称为 。
(1)强迫对流(2)自由运动 (3)湍流对流(4)层流对流
28．对流传热微分方程组包括 。
Ⅰ、付立叶定律 Ⅱ、对流传热微分方程 Ⅲ、基尔霍夫定律 Ⅳ、连续性方程 Ⅴ、动量微分方程 Ⅵ、能量微分方程
(1) ⅡⅢⅣⅤ (2) ⅠⅡⅢⅣ (3)ⅡⅣⅤⅥ (4) ⅢⅣⅤⅥ
29．Nu m 其特征温度为 。
(1)流体温度 (2) 平均温度 (3)壁面温度 (4)不定
30．当流体外掠圆管时，10 (1) 湍流，1400，低 (2) 层流，1400，高 (3) 湍流，820，低 (4) 层流，820 ，低 31．自然对流传热的准则方程为 。 (1)14.031Pr Re 86.1???? ??μμ???? ??=w f e f f f L d Nu (2).3121Pr Re 664.0m m m Nu = (3)31Pr)(53.0Gr Nu m = (4). ()3 1 Pr ..943.0Ja Ga Nu m = 32．影响膜状换热系数的主要因素是 。 (1)蒸汽流速 (2)不凝结气体 (3)表面粗糙度 (4) (1) + (2) 四、 简答题 1． 影响强迫对流传热的流体物性有哪些?它们分别对对流传热系数有什么影响? （提示：影响强迫对流换热系数的因素及其影响情况可以通过分析强迫对流传热实验关联式，将各无量纲量展开整理后加以表述。） 2． 试举几个强化管内强迫对流传热的方法(至少五个)。 （提示：通过分析强迫对流换热系数的影响因素及增强扰动、采用人口效应和弯管效应等措施来提出一些强化手段，如增大流速、采用机械搅拌等。） 3． 试比较强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点。 （提示：强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和流 动阻力两方面加以阐述：(1)管束叉排使流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较大，同时流动阻力也较大； (2)顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数小于叉排管束，其流阻也较小；(3)顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。） 4． 为什么横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相比，横向冲刷的传热系数大? （提示：从边界层理论的角度加以阐述：纵向冲刷容易形成较厚的边界层，其层流层较厚 且不易破坏。有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大：①弯曲的表面引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；②管径小，流体到第二个管子时易造成强烈扰动；②流体直接冲击换热表面。） 5． 为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热? （提示：可以从以下3个方面加以阐述：(1)在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝结，凝结换热系数约为4500—18000W ／(m 2．K)，对流换热量很大；(2)水蒸气与壁面之间的温差较小，因而辐射换热量较小；(3)与对流换热相比，辐射换热所占的份额可以忽略不计。） 6． 用准则方程式计算管内湍流对流传热系数时，对短管为什么要进行修正? （提示：从热边界层厚度方面加以阐述：(1)在入口段，边界层的形成过程一般由薄变厚；(2)边界层的变化引起换热系数由大到小变化，考虑到流型的变化，局部长度上可有波动，但总体上在入口段的换热较强（管长修正系数大于1）；(3)当l ／d ＞50(或 60)时，短管的上述影响可忽略不计，当l ／d ＜50(或60)时，则必须考虑入口段的影响。 7． 层流时的对流传热系数是否总是小于湍流时的对流传热系数?为什么? （提示：该问题同样可以从入口效应角度加以阐述。在入口段边界层厚度从零开始增厚， 若采用短管，尽管处于层流工况，由于边界层较薄，对流换热系数可以大于紊流状况。） 8． 什么叫临界热流密度?为什么当加热热流大于临界热流密度时会出现沸腾危机? （提示：用大容器饱和沸腾曲线解释之。以大容器饱和沸腾为例，(1)沸腾过程中，随着壁面过热度Δt 的增大，存在自然对流、核态沸腾、不稳定膜态沸腾和膜态沸腾四个阶段，临界热流密度是从核态沸腾向膜态沸腾转变过程中所对应的最大热流密度；(2)当加热热流大于临界热流密度时，沸腾工况向膜态沸腾过渡，加热面上有汽泡汇集形成汽膜，将壁面与液体隔开，由于汽膜的热阻比液体大得多，使换热系数迅速下降，传热恶化；(3)汽膜的存在使壁温急剧升高，若为控制热流加热设备，如电加热设备，则一旦加热热量大于临界热流密度，沸腾工况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到1000℃以上(水)，使设备烧毁。） 9． 试述不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。 （提示：少量不凝性气体的存在就将使凝结换热系数减小，这可以从换热热阻增加和蒸 汽饱和温度下降两方面加以阐述。(1)含有不凝性气体的蒸汽凝结时在液膜表面会逐渐积聚起不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；(2)随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结蒸汽的分压力降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差，削弱了凝结换热。） 第五章 对流换热分析 通过本章的学习，读者应熟练掌握对流换热的机理及其影响因素，边界层概念及其应用，以及在相似理论指导下的实验研究方法，进一步提出针对具体换热过程的强化传热措施。 5.1内容提要及要求 5.1.1 对流换热概述 1．定义及特性 对流换热指流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。在对流换热过程中，流体内部的导热与对流同时起作用。牛顿冷却公式w f ()q h t t =-是计算对流换热量的基本公式，但它仅仅是对流换热表面传热系数h 的定义式。研究对流换热的目的是揭示表面传热系数与影响对流换热过程相关因素之间的内在关系，并能定量计算不同形式对流换热问题的表面传热系数及对流换热量。 2．影响对流换热的因素 （1）流动的起因：流体因各部分温度不同而引起密度差异所产生的流动称为自然对流，而流体因外力作用所产生的流动称为受迫对流，通常其表面传热系数较高。 （2）流动的状态：流体在壁面上流动存在着层流和紊流两种流态。 （3）流体的热物理性质：流态的热物性主要指比热容、导热系数、密度、粘度等，它们因种类、温度、压力而变化。 （4）流体的相变：冷凝和沸腾是两种最常见的相变换热。 （5）换热表面几何因素：换热表面的形状、大小、相对位置及表面粗糙度直接影响着流体和壁面之间的对流换热。 综上所述，可知表面传热系数是如下参数的函数 ()w f p ,,,,,,,,h f u t t c l λραμ= 这说明表征对流换热的表面传热系数是一个复杂的过程量，不同的换热过程可能千差万别。 3．分析求解对流换热问题 分析求解对流换热问题的实质是获得流体内的温度分布和速度分布，尤其是近壁处流体内的温度分布和速度分布，因为在对流换热问题中“流动与换热是密不可分”的。同时，分析求解的前提是给出正确地描述问题的数学模型。在已知流体内的温度分布后，可按如下的对流换热微分方程获得壁面局部的表面传热系数 2x x w,x W/(m K)t h t y λ??? ?=- ? ? ??? 由上式可有 2x x w,x W/(m K)h y λθ?θ?? ?=- ? ? ??? 其中θ为过余温度，t t θ=-。 对流传热 摘要：依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。这是热量传递的三种基本方式之一。化工生产中处理的物料大部分是流体，流体的加热和冷却都包含对流传热。在化工生产中，对流传热在习惯上专指流体与温度不同于该流体的固体壁面直接接触时相互之间的热量传递。这实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程。例如间壁式换热器中的流体与间壁侧面之间的热量传递，反应器中固体物料或催化剂与流体之间的热量传递，都是这样的传热过程。 关键词：热量传递、流体、固体壁面、传热过程。 1对流传热速率方程和对流传热系数 1.1对流传热速率方程 以热流体和壁面间的对流传热为例，对流传热速率方程可以表示为 dS T T dS T T dQ w w )(1 -=-=αα (1-1) 式中 dQ —局部对流传热速率，W ； dS —微分传热面积，m 2； T －换热器的任一截面上热流体的平均温度，℃； T w —换热器的任一截面上与热流体相接触一侧的壁面温 度，℃； α－比例系数，又称局部对流传热系数，W ／(m 2·℃)。 方程式1-1又称牛顿(Newton)冷却定律。 1.2对流传热系数 牛顿冷却定律也是对流传热系数的定义式，即 t S Q ?=α 由此可见，对流传热系数在数值上等于单位温度差下、单位传热面积的对流传热速率，其单位为W ／(m 2·℃)，它反映了对流传热的快慢，α愈大表示对流传热愈快。 对流传热系数α与导热系数人不同，它不是流体的物理性质，而是受诸多因素影响的一个系数，反映对流传热热阻的大小。 表4-1 对流传热系数数值的范围 传热方式 对流传热系数 W/（m2·K） 空气自然对流 5 ～ 25 气体强制对流 20 ～ 100 对流传热与传质期末复习题 1(徐婷)、结合外掠平壁层流对流换热的求解，试述由边界层控制方程得到精确解和利用边界层积分方程式得到近似解两种方法的主要步骤、特点并比较其结果。 2（朱蕙）、同样是层流对流换热，为什么外掠平壁的Nu ～Re 1/2，而管内充分发展的则h X ＝常数？ 3（赖志燚）、以常压下20℃的空气在10 m/s 的速度外掠表面温度为45℃的平壁为例，计算离平壁前缘1mm 、2mm 、5mm 、10mm 、50mm 、100mm 、200mm 、300mm 、1000mm 、2000mm 、5000mm 、100000mm 处局部表面换热系数和平均换热系数（已知20℃的空气λ=0.0259W/(m.K)）。分析外掠平壁对流换热系数随距平壁前缘距离x 的变化规律，比较层流、过渡流、湍流时的对流换热系数并给以说明。 4（陈凯）、试说明管内充分发展的湍流换热和层流换热的本质区别，并分别简述其换热系数的计算方法及步骤。 5（梁志滔）、为什么当冷凝换热温差增大时，冷凝换热系数减小？说明冷凝器为何多采用横管结构，结合工程实际说明维持较大的冷凝换热系数应采取的措施。 6（杨帅）、试结合Rohsenow 的大容器核态沸腾换热关系式说明汽泡跃离加热面的运动是影响换热的最重要的因素。 7（邹伟）、一温度为120℃、高为1.2m 的竖壁，放置于温度为20℃的空气中，试计算离竖壁下端0.25m 处的局部表面换热系数。该壁面上是否会出现湍流边界层？如果出现的话，过渡为湍流边界层的位置在何处？已知20℃的空气ανv g m K 2 73114710=?--.。 8（钟世青）、3＃机油以1134 kg/h 的流量在直径为12.7 mm 的管内流动，油温从93 ℃被冷却到67 ℃，管内壁温度为20 ℃。已知t f =80 ℃时，ρ=857.4 kg/m 3，λ=0.138W/(m.K) ，p c =2131J/(kg.K) ，Pr=490,μ=114.7kg/(m.K), w t =20℃时w μ=2879kg/(m.h)。若不考虑物性随温度的变化，计算所需换热管长度。高Pr 数的油类在换热器管程内的常用流速为0.5～1.8 m/s ，试通过上述实例计算说明其流动形式和换热特性，并说明应如何计算其在换热器内的换热系数。 9（刘志成）、既然对流换热包含了流体中温度不同的各部分之间发生宏观相对运动和相互掺混所引起的热量传递，为什么管内流动和热充分发展段的对流换热系数仅具有导热的特征而没有对流的特征？ 管式加热炉之在对流室中的辐射传热（1） 在对流室中的辐射传热 对流室中的辐射传热有两种情况:一是在对流室的人口处，即所谓遮蔽段的对流管，要接受由辐射室带人的辐射热;二是对流室的其他对流管，除主要接受烟气的对流传热外，同时还接受烟气本身的辐射热和炉墙的辐射热。所以，在分析对流室的传热时，最好将遮蔽段与对流段分别加以讨论。同时，将对流方式的传热量与辐射方式的传热量，一并计人对流管 的管外综合传热系数h rc之中。故在计算总传热系数k c时，式(5-11)的光管管外膜传热系数h。，或式(5-59)中的翅片管(或钉头管)的表面膜传热系数h f，都应用h rc来代替。 由辐射段带入的辐射热一一遮蔽段的传热 参见图5-18，一般为了提高对流段的传热速率，对流管多采用翅片管或钉头管，但遮蔽段的管子，则由于上述的原因，原则上不能采用翅片管和钉头管，而只能采用光管。遮蔽管的管心距与管外径之比一般小于2，大多在1 .6~1.8之间。例如，当管心距与管外径之比等于1.8时，查双排管的有效吸收因素α图表可知，第一排管的平均吸收因数为0.72，第二排管的平均吸收因数为0.21，两排合计为0.93，即辐射热量有93%被两排管子所吸收，剩下仅有7%的热量为后面数排管子吸收了。所以可以认为遮蔽段只包括了两排炉管，而其余的管排则按对流段处理。 关于遮蔽管的详细计算方法，见第四章4t节，这里不再重复。另外，还有一种简化处理法，即在计算辐射室传热量时，把遮蔽管视为一个平均吸收因数为1的当量冷平面管排，认为它是辐射吸热面的一部分；而在计算对流室传热量时，又把遮蔽管视为两排对流光管，认为它是对流吸热面的一部分。这样计算足以保证整个炉子总吸热量的计算精度，但它不能直接反映出遮蔽管本身的详细工作状态。 对流传热 4.3对流传热 对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。 4.3.1对流传热过程分析 流体在平壁上流过 时，流体和壁面间将进行 换热，引起壁面法向方向 上温度分布的变化，形成 一定的温度梯度，近壁处， 流体温度发生显著变化的 区域，称为热边界层或温 度边界层。 由于对流是依靠流体内部质点发生位移来进行热量传递，因此对流传热的快慢与流体流动的状况有关。在流体流动一章中曾讲了流体流动型态有层流和湍流。层流流动时，由于流体质点只在流动方向上作一维运动，在传热方向上无质 点运动，此时主要依靠热传导方式来进行热量传递，但由于流体内部存在温差还会有少量的自然对流，此时传热速率小，应尽量避免此种情况。 流体在换热器内的流动大多数情况下为湍流，下面我们来分析流体作湍流流动时的传热情况。流体作湍流流动时，靠近壁面处流体流动分别为层流底层、过渡层（缓冲层）、湍流核心。 层流底层：流体质点只沿流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点的混合，温度变化大，传热主要以热传导的方式进行。导热为主，热阻大，温差大。 湍流核心：在远离壁面的湍流中心，流体质点充分混合，温度趋于一致（热阻小），传热主要以对流方式进行。质点相互混合交换热量，温差小。 过渡区域：温度分布不像湍流主体那么均匀，也不像层流底层变化明显，传热以热传导和对流两种方式共同进行。质点混合，分子运动共同作用,温度变化平缓。 根据在热传导中的分析，温差大热阻就大。所以，流体作湍流流动时，热阻主要集中在层流底层中。如果要加强传热，必须采取措施来减少 4.加热炉的计算 管式加热炉是一种火力加热设备，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰和烟气作为热源，加热在管道中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，保证生产的进行。在预加氢中需要对原料进行加热，以达到反应温度。预加氢的量较小，因此采用圆筒炉。主要的参数如下： 原料：高辛烷值石脑油； 相对密度： 20 40.7351 d = 进料量：62500/kg h 入炉温度：I τ=350C o ； 出炉温度：o τ=490C o ； 出炉压强：2 15/kg cm 气化率： e=100%； 过剩空气系：α：辐射：1.35 对流段：1.40 燃料油组成： 87%,11.5%,0.5%,1%C H O W ==== 加热炉基本参数的确定 4.1加热炉的总热负荷 查《石油炼制工程（上）》图Ⅰ-2-34可知，在入炉温度t1=350℃,进炉压力约15.0㎏/㎝2条件下，油料已完全汽化，混合油气完全汽化温度是167℃。 原料在入炉温度350C o ，查热焓图得232/i I kJ kcal = 原料的出炉温度为490C o ，查热焓图得377/v I kcal kg =。 将上述的数值代入得到加热炉的总热负荷 Q = m[eIV+(1-e)IL-Ii] =[1377232]62500 4.184?-?? 37917500/kJ h = 4.2燃料燃烧的计算 燃料完全燃烧所生成的水为气态时计算出的热值称为低热值，以Ql 表示。在加热炉正常操作中，水都是以气相存在，所以多用低热值计算。 (1) 燃料的低发热值 1Q =[81C+246H+26(S-O)-6W] 4.184? =[8187+24611.5+26(0-0.5)-61] 4.184????? 41241.7/(kJ kg =燃料) (2) 燃烧所需的理论空气量 0 2.67823.2C H S O L ++-= 2.6787811.500.52 3.2?+?+-= 13.96kg =空气/kg 燃料 (3) 热效率η 设离开对流室的烟气温度 s T 比原料的入炉温度高100C o ，则 350100450s T C =+=o 由下面的式子可以得到 , 100L I q q η=--， 取炉墙散热损失 , 1 0.05L L q q Q = =并根据α和s T 查相关表，得烟气出对流室时 带走的热量123% L q Q =， 所以 1(523)%72%η=-+= (4) 燃料的用量 1379175001277/0.7241241.7 Q B kg h Q η= ==?; 对流换热分析 通过本章的学习，读者应熟练掌握对流换热的机理及其影响因素，边界层概念及其应用，以及在相似理论指导下的实验研究方法，进一 步提出针对具体换热过程的强化传热措施。 1. 对流换热概述 1.1. 定义及特性 对流换热指流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。在对流换热过程中，流体内部的导热与对流同时起作用。牛顿冷却公式 q=?×(t w?t f) 是计算对流换热量的基本公式，但它仅仅是对流换热表面传热系数h 的定义式。研究对流换热的目的是揭示表面传热系数与影响对流换热过程相关因素之间的内在关系，并能定量计算不同形式对流换热问题的表面传热系数及对流换热量。 1.2. 影响对流换热的因素 (1)流动的起因：流体因各部分温度不同而引起密度差异所产生的流动称为自然对流，而流体因外力作用所产生的流动称为受迫对流，通常其表面传热系数较高。 (2)流动的状态：流体在壁面上流动存在着层流和紊流两种流态。 (3)流体的热物理性质：流态的热物性主要指比热容、导热系数、密度、粘度等，它们因种类、温度、压力而变化。 (4)流体的相变：冷凝和沸腾是两种最常见的相变换热。 (5)换热表面几何因素：换热表面的形状、大小、相对位置及表面粗糙度直接影响着流体和壁面之间的对流换热。 综上所述，可知表面传热系数是如下参数的函数 ?=f u,t w,t f,c P,ρ,α,μ,l 这说明表征对流换热的表面传热系数是一个复杂的过程量，不同的换热过程可能千差万别。 1.3. 分析求解对流换热问题 分析求解对流换热问题的实质是获得流体内的温度分布和速度分布，尤其是近壁处流体内的温度分布和速度分布，因为在对流换热问题中“流动与换热是密不可分”的。同时，分析求解的前提是给出正确地描述问题的数学模型。在已知流体内的温度分布后，可按如下的对流换热微分方程获得壁面局部的表面传热系数 ?x=λ Δt x et ey w,x W/(m2·K) 由上式可有 ?x=λ Δθx eθ ey w,x W/(m2·K) 其中θ为过余温度，θ=t w?t f。 对流换热问题的边界条件有两类，第一类为壁温边界条件，即壁温分布为已知，待求的是流体的壁面法向温度梯度；第二类为热流边界条件，即已知壁面热流密度，待求的是壁温。 由于对流换热问题的分析求解常常要求解包括连续性方程、动量微分方程和能量微分方程在内的一系列方程，因此它的求解过程比导热问题要困难得多。 2. 对流换热微分方程组 2.1. 连续性方程 二维常物性不可压缩流体稳态流动连续性方程： eu ex +ev ey =0 2.2. 动量微分方程式 动量微分方程式描述流体速度场，可从分析微元体的动量守恒中建立。它又称纳斯－斯托克斯方程，简称N·S方程。 ρeu eτ+ueu ex +veu ey =X?ep ex +μ(e2u ex2 +e2u ey2 ) ρev eτ+uev ex +vev ey =Y?ep ey +μ(e2v ex2 +e2v ey2 ) 真冰溜冰场冷负荷计算 发表时间：2019-08-05T15:55:21.877Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：刘剑平 [导读] 摘要：本文通过一个项目实例，详细介绍了真冰溜冰场冷负荷的计算过程，并对计算过程进行分析。 上海城凯建筑设计有限公司上海杨浦区 摘要：本文通过一个项目实例，详细介绍了真冰溜冰场冷负荷的计算过程，并对计算过程进行分析。 关键词：真冰溜冰场详细负荷计算 0.引言 笔者最近在做一个真冰溜冰场的暖通设计，在设计过程中发现，对于真冰溜冰场在现有的规范及设计手册中没有具体的负荷计算实例。设计手册中仅仅有负荷估算值及负荷分项计算表。因此，通过这个案例和相关的研究，笔者试图给出一个具体的真冰溜冰场的冷负荷详细计算。 1.真冰溜冰场方案介绍 项目位于河北邢台，为新建体育场馆内的一部分，室内冰场规格为61米x30米。采用乙二醇作为载冷剂的采用大流量间接制冰系统。乙二醇水溶液的供回水温度为-11.7 ℃ / -14.2 ℃，供回水温差取2.5℃。排管材料采用DN25的不锈钢管，外径32mm，间距80mm。排管平行于冰场长边，总供、回液管布置在冰场中间，采用三联箱中分式交叉供液方式。冰场使用用途：满足全年不同公众娱乐性滑冰。冰层表面积S 约1738平方米（60米x 30米，圆角半径8.5米），冰层厚度40mm，凝结厚度为40毫米冰层所需的时间：48小时。 2.制冷负荷计算 制冷量的计算必须考虑三个不同的操作情况，即保持冰块的制冷负荷，初次注水凝成冰块的制冷负荷和扫冰后再凝结冰块的制冷负荷。 2.1 保持冰块情况下，制冷负荷主要包括： A.地面（楼板）传热冷负荷，由下层穿过楼板及保温传至冰场的热量； B.对流传热与传质冷负荷，与冰场上空气的热交换量； C.辐射传热冷负荷； D.室内人员冷负荷，溜冰人员所产生的热量； E.水泵及管道的热损失，取所有其他冷负荷的15%。 其中A，B，C，D都是经由冰面传至制冷系统，但E是不经冰面传导的热量，所以计算冰场制冷负荷不需计算Ｃ，但计算制冷机组制冷负量时就要包括E。 A.地面（楼板）传热冷负荷 热量会由三楼顶板、保温等，传至冰场，计算的方法如下： B.对流传热与传质冷负荷 对流传热与传质冷负荷受空气的温度、湿度与冰场上空气的流动速度所影响，计算方法如下： C.辐射传热冷负荷； 根据热辐射理论，一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射。由于冰场表面的温度低，所以冰场周围的其他物体对冰面产生热辐 1、水以1.5m /s 的速度流过内径为25mm的加热管。管的内壁温度保持100℃，水的进口温度为15℃。若要使水的出口温度达到85℃，求单位管长换热量（不考虑修正）。已知50℃的水λf =0.648 W/(m.K)，νf =0.566×10-6m2/s，Pr =3.54。 2、取外掠平板边界层的流动由层流转化为湍流的临界雷诺数5×105,试计算25℃的空气和水达到临界雷诺数时所需要的平板长度,取u =1m/s，ν空气=15.53×10-6m2/s,ν水=0.905×10-6。 3、试推导努谢尔特关于层流膜状凝结的理论解 4、用实验测定一薄壁管流体平均对流换热系数。蒸汽在管外凝结并维持管内壁温度为100℃。水在管内流动流量为G=0.5Kg/s，水温从15℃升到45℃。管的内径d=50mm，长L=4.5m。试求管内流体与壁面间的平均换热系数。已知水在30℃时c p=4.174KJ/(Kg.K) 5、以0.8m/s 的流速在内径为2.5cm 的直管内流动，管子内表面温度为60℃，水的平均温度为30℃，管长2m ，试求水所吸收的热量。已知30℃时水的物性参数为：Pr =5.42，c p =4.17KJ/(Kg.K)，λ=61.8×10-2 W/(m.K)，ρ=995.7Kg/m 3，μ =80.15×10-6 Kg/(m.s)；水60℃ 时的ν=0.4699×10-6 m 2/s ，水在管内流动准则方程式为 4 .08.0Pr Re 027.0f f f Nu =，适用条件：Re f =104-1.2×105，Pr f =0.6-120，水与壁面间的换热温差Δt ≤30℃。 6、计算一空气横掠管束换热的空气预热器的对流换热量。已知管束有25排，每排12根光管，管外径25mm ，管长 1.5m ，叉排形式，横向管间距S 1=50mm ，纵向管间距S 2=38mm ，管壁温度120℃，空气来流速度u f =4m/s ，空气进口温度20℃，出口温度40℃。已知空气物性：λf =0.0267W/(m.K)，νf =16.0×10-6m 2/s ，Pr f =0.701。最大流速u max = u f S 1/(S 1-d)；推荐关联式：m w f f n f f c Nu ??? ? ??=Pr Pr Pr Re 36.0（公式适 用条件：N ≥20，光管管束，Pr f =0.7～500，除Pr w 的定性温度为壁温外，其余定性温度为流体在管束中的平均温度。指数m 对气体m =0，对液体m =0.25， 第五节 传热过程的计算 化工生产中广泛采用间壁换热方法进行热量的传递。间壁换热过程由固体壁的导热和壁两侧流体的对流传热组合而成，导热和对流传热的规律前面已讨论过，本节在此基础上进一步讨论传热的计算问题。 化工原理中所涉及的传热过程计算主要有两类：一类是设计计算，即根据生产要求的热负荷，确定换热器的传热面积；另一类是校核计算，即计算给定换热器的传热量、流体的流量或温度等。两者都是以换热器的热量衡算和传热速率方程为计算基础。 4-5-1 热量衡算 流体在间壁两侧进行稳定传热时，在不考虑热损失的情况下，单位时间热流体放出的热量应等于冷流体吸收的热量，即： Q=Q c =Q h （4-59） 式中 Q ——换热器的热负荷，即单位时间热流体向冷流体传递的热量，W ； Q h ——单位时间热流体放出热量，W ； Q c ——单位时间冷流体吸收热量，W 。 若换热器间壁两侧流体无相变化，且流体的比热容不随温度而变或可取平均温度下的比热容时，式（4-59）可表示为 ()()1221t t c W T T c W Q pc c ph h -=-= （4-60） 式中 c p ——流体的平均比热容，kJ/（kg ·℃）； t ——冷流体的温度，℃； T ——热流体的温度，℃； W ——流体的质量流量，kg/h 。 若换热器中的热流体有相变化，例如饱和蒸气冷凝，则 ()12t t c W r W Q pc c h -== （4-61） 式中 W h ——饱和蒸气（即热流体）的冷凝速率，kg/h ； r ——饱和蒸气的冷凝潜热，kJ/kg 。 式（4-61）的应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热器。若冷凝液的温度低于饱和温度时，则式（4-61）变为 ()[] ()122t t c W T T c r W Q pc c s ph h -=-+= （4-62） 式中 c ph ——冷凝液的比热容，kJ/（kg ·℃）； T s ——冷凝液的饱和温度，℃。 4-5-2 总传热速率微分方程 图4-20为一逆流操作的套管换热器的微元管段d L ，该管段的内、外表面积及平均传热面积分别为d S i 、d S o 和d S m 。热流依次经过热流体、管壁和冷流体这三个环节，在稳定传热 对流传热与传质 第一章导论 第二章守恒原理 §2.1质量守恒原理 §2.2动量定理 §2.3能量守恒原理 第三章流体应力与通量定律 §3.1粘性流体应力 §3.2傅立叶热传导定律 §3.3费克扩散定律 §3.4输运性质的无量纲组合 §3.5湍流输运系数 第四章边界层的微分方程 §4.1边界层概念 §4.2连续方程 §4.3动量方程 §4.4质量扩散方程 §4.5能量方程 §4.6湍流边界层方程 第五章边界层的积分方程 §5.1动量积分方程 §5.2排量厚度与动量厚度 §5.3动量积分方程的其它形式 §5.4能量积分方程 §5.5焓厚度与传导厚度 §5.6能量积分方程的其它形式 第六章动量传递：外部层流边界层 §6.1相似性解：常物性和恒定自由流速度时的层流不可压缩边界层 §6.2时的层流不可压缩边界层的相似性解 §6.3时的层流不可压缩边界层的相似性解 §6.4非相似动量边界层 §6.5由动量积分方程导得的恒定自由流速度时的层流边界层近似解 §6.6旋成体上自由流速度任意变化时的层流边界层近似解 第七章传热：外部层流边界层 §7.1沿定温半无限大平板的恒定自由流速度时的流动 §7.2沿定温半无限大平板的流动 §7.3沿具有吹出或吸入的定温半无限大平板的流动 §7.4非相似热边界层 §7.5沿具有未加热起始长度的半无限大平板的恒定自由流速度的流动 §7.6沿具有任意指定的表面温度的半无限大平板的恒定自由流速度的流动§7.7沿具有任意指定的表面热通量的半无限大平板的恒定自由流速度的流动§7.8任意形状的定温物体上的流动 §7.9任意形状且具有任意指定的表面温度的物体上的流动 §7.10具有边界层分离的物体上的流动 绪论 1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？ 答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到： a 、地面向冰雹导热所得热量； b 、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量； c 、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。 2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？ 答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。 3.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。 答：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体；暖气片外壁辐射墙壁辐射人体 电热暖气片：电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体 红外电热器：红外电热元件辐射人体；红外电热元件辐射墙壁辐射人体 电热暖机：电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体 冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射人体 太阳照射：阳光辐射人体 4．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？ 答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热 冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热 凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热 沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热 升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热 冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热 融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热 5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？ 答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。挂上窗帘布后，辐射减弱，所以感觉暖和。 6.“热对流”和“对流换热”是否同一现象？试以实例说明。对流换热是否为基本传热方式？ 答：热对流和对流换热不是同一现象。流体与固体壁直接接触时的换热过程为对流换热，两种温度不同的流体相混合的换热过程为热对 一、燃烧法 燃烧法是利用某些废气中污染物可以燃烧氧化的特性，将其燃烧转变为无害或易于进一步处理和回收物质的方法。该法的主要化学反应是燃烧氧化，少数是热分解。石油炼制厂、石油化工厂产生的大量碳氢化合物废气和其他危险有害的气体；溶剂工业、漆包线、绝缘材料、油漆烘烤等生产过程产生的大量溶剂蒸气；咖啡烘烤、肉食烟熏、搪瓷焙烧等过程产生的有机气溶胶和烟道中未烧尽的碳质微粒以及所有的恶臭物质，如硫醇、氰化物气体、硫化氢等，都可用燃烧法处理。该法工艺简单，操作方便，可回收热能。但处理低浓度废气时，需加入辅助燃料或预热。 燃烧发生的化学作用是燃烧氧化作用和高温下的分解作用。因此，燃烧法只适用于净化可燃的或高温下分解的物质，有机废气一般都具有可燃性，适合燃烧处理。有机废气的燃烧工艺主要有直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧以及蓄热燃烧。 1、直接燃烧法 直接燃烧亦称直接火焰燃烧，它是把废气中可燃有害组分当作燃料直接燃烧。因此，该方法只适用于净化含可燃有害组分浓度较高的废气，或者用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气，因为只有燃烧时放出的热量能够补偿向环境中散失的热量时，才能保持燃烧区的温度，维持燃烧的持续。直接燃烧的设备包括一般的燃烧炉、窑，或通过某种装置将废气导入锅炉作为燃料气进行燃烧。直接燃烧的温度一般在1100℃左右，燃烧的最终产物为CO2、H20和NO X。直接燃烧法不适于处理低浓度废气。 石油炼制厂或石油化工厂所产生的有机废气通常排放到火炬燃烧器直接燃烧，不仅浪费资源，而且造成大气污染，近年来已较少使用。 2、热力燃烧法 热力燃烧法是在废气中VOCs浓度较低时添加燃料以帮助其燃烧的方法。在热力燃烧中，被净化的废气不是作为燃料，而是作为提供氧气的辅燃气体；当废气中氧的含量较低时，需要加入空气来辅燃。热力燃烧所需的温度较直接燃烧低，大约为540～820℃。本法工艺简单、投资小，适用于高浓度、小风量的废气，但对安全技术、操作要求较高。 热力燃烧的过程可分为三个步骤：①辅助燃料燃烧，提供热量；②废气与高温燃气混合，达到反应温度；③在反应温度下，保持废气有足够的停留时间，使废气中可燃的有害组分氧化分解，达到净化排气的目的。 热力燃烧可以在专用的燃烧装置中进行，也可以在普通的燃烧炉中进行。进行热力燃烧的专用装置称为热力燃烧炉，其结构应满足热力燃烧时的条件要求，即应保证获得760℃以上的温度和0.55s左右的接触时间。热力燃烧炉的主体结构包括两部分：①燃烧器，其作用是使辅助燃料燃烧生成高温燃气；②燃烧室，其作用是使高温燃气与旁通废气湍流混合达到反应温度，并使废气在其中的停留时间达到要求。 3、催化燃烧法 催化燃烧法是在系统中使用合适的催化剂，使废气中的有机物在较低温度(200～400℃)下完全氧化分解的方法。该法的优点是催化燃烧为无火焰燃烧， 一、填空题（共30分） 1、流体的粘性、热传导性和_质量扩散性__通称为流体的分子传递性质。 2、当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的_质量扩散_；描述这三种分子传递性质的定律分别是___牛顿粘性定律___、傅立叶定律_、_菲克定律_。 3、热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为___顺流__式、_逆流__式、__叉流___式和__混合_____式。工程计算中当管束曲折的次数超过___4___次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。 5、__温度差_是热量传递的推动力，而_浓度差_则是产生质交换的推动力。 6、质量传递有两种基本方式：分子扩散和对流扩散，两者的共同作用称为__对流质交换__。 7、相对静坐标的扩散通量称为绝对扩散通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为相对扩散通量。 8、在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分A和组分B发生互扩散，其中组分A向组分B的质扩散通量m A 与组分A的_浓度梯度成正 比，其表达式为 s m kg dy dC D m A AB A ? - =2 ；当混合物以某一质平均速度V移动时，该表 达式的坐标应取___随整体移动的动坐标__。 9、麦凯尔方程的表达式为： ()dA i i h dQ d md z - =，它表明当空气与水发生直接接触，热湿 交换同时进行时。总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的焓差。 1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是1.405×10-5 m2/s。 3、喷雾室是以实现雾和空气在直接接触条件下的热湿交换。 4、当表冷器的表面温度低于空气的露点湿度时，就会产生减湿冷却过程。 5、某一组分的速度与整体流动的平均速度之差，成为该组分的扩散速度。 2、冷凝器的类型可以分为水冷式,空气冷却式( 或称风冷式) 和蒸发式三种类型. 6、刘伊斯关系式文中叙述为h/h mad=Cp刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一水系统的热质交换过程中，当空气温度及含湿量在实用范围内变化很小时，换热系数与传质系数之间需要保持一定的量值关系，条件的变化可使这两个系数中的某一个系数增大或减小，从而导致另一系数也相应地发生同样的变化。 7、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是25% 。 8、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。 1、当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生动量、热量和质量的传递现象。 2、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。 8、潜热交换是发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。 3、热质交换设备按照工作原理不同可分为间壁式、直接接触式、蓄热式、热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于间壁式，而喷淋室、冷却塔则属于直接接触式。 10、相际间对流传质模型主要有薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。 3.冰蓄冷系统中的制冰方式主要有两种：_动态_制冰方式和_静态_制冰方式。 4.一个完整的干燥循环由___吸湿___过程、___再生___过程和冷却过程构成。 5.用吸收、吸附法处理空气的优点是_____独立除湿______________________。 换热器的传热计算 换热器的传热计算包括两类：一类是设计型计算，即根据工艺提出的条件，确定换热面积；另一类是校核型计算，即对已知换热面积的换热器，核算其传热量、流体的流量或温度。这两种计算均以热量衡算和总传热速率方程为基础。 换热器热负荷Q 值一般由工艺包提供，也可以由所需工艺要求求得。Q=W c p Δt ，若流体有相变，Q=c p r 。 热负荷确定后，可由总传热速率方程（Q=K S Δt ）求得换热面积，最后根据《化工设备标准系列》确定换热器的选型。 其中总传热系数K= 0011 h Rs kd bd d d Rs d h d o m i i i i ++++ （1） 在实际计算中，总传热系数通常采用推荐值，这些推荐值是从实践中积累或通过实验测定获得的，可以从有关手册中查得。在选用这些推荐值时，应注意以下几点： 1. 设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳程的流体相一致。 2. 设计中流体的性质（粘度等）和状态（流速等）应与所选的流体性质和 状态相一致。 3. 设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致。 4. 总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的 某一数值。若需降低设备费可选取较大的K 值；若需降低操作费用可取较小的K 值。 5. 为保证较好的换热效果，设计中一般流体采用逆流换热，若采用错流或 折流换热时，可通过安德伍德（Underwood ）和鲍曼（Bowman ）图算法对Δt 进行修正。 虽然这些推荐值给设计带来了很大便利，但是某些情况下，所选K 值与实际值出入很大，为避免盲目烦琐的试差计算，可根据式（1）对K 值估算。 式（1）可分为三部分，对流传热热阻、污垢热阻和管壁导热热阻，其中污垢热阻和管壁导热热阻可查相关手册求得。由此，K 值估算最关键的部分就是对流传热系数h 的估算。 4.3对流传热 对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。 4.3.1对流传热过程分析 流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显 著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。 由于对流是依靠流体内部质点发生位移来进 行热量传递，因此对流传热的快慢与流体流动的 状况有关。在流体流动一章中曾讲了流体流动型 态有层流和湍流。层流流动时，由于流体质点只 在流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点 运动，此时主要依靠热传导方式来进行热量传递， 但由于流体内部存在温差还会有少量的自然对 流，此时传热速率小，应尽量避免此种情况。 流体在换热器内的流动大多数情况下为湍 流，下面我们来分析流体作湍流流动时的传热情 况。流体作湍流流动时，靠近壁面处流体流动分 别为层流底层、过渡层（缓冲层）、湍流核心。 层流底层：流体质点只沿流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点的混合，温度变化大，传热主要以热传导的方式进行。导热为主，热阻大，温差大。 湍流核心：在远离壁面的湍流中心，流体质点充分混合，温度趋于一致（热阻小），传热主要以对流方式进行。质点相互混合交换热量，温差小。 过渡区域：温度分布不像湍流主体那么均匀，也不像层流底层变化明显，传热以热传导和对流两种方式共同进行。质点混合，分子运动共同作用,温度变化平缓。 根据在热传导中的分析，温差大热阻就大。所以，流体作湍流流动时，热阻主要集中在层流底层中。如果要加强传热，必须采取措施来减少层流底层的厚度。 4.3.2 对流传热速率方程 对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与固体壁面之间的传热热阻全集中在厚度为δt有效膜中，在有效膜之外无热阻存在，在有效膜内传热主要以热传导的方式进行。该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。由此假定，此时的温度分布情况如下图所示。 建立膜模型：δδδ =+ t e 《高等传热学》课程自学及作业安排 2015级硕士研究生适用 本课程教学方式：以自学为主，教师指导为辅。 考核方法：开卷笔试（50%）+平时成绩（作业及自学情况30%）+两次大作业（20%） 一、教学资料 1.教材 孙德兴编.高等传热学—导热与对流的数理解析.北京：中国建筑工业出版社，2005（图书馆均可借到） 2.主要参考书 张靖周编.高等传热学.北京：科学出版社，2009* 王瑞金等编.Fluent技术基础与应用实例.北京：清华大学出版社，2007 3.参考资料 [1]杨强生，高等传热学.上海：上海交通大学出版社，1996 [2][美]E.R.G.埃克特，R.M.德雷克著，航青译.传热与传质分析.北京：科学出版社，1983 [3][美]M. N.奥齐西克,俞昌铭主译.热传导.北京：高等教育出版社，1983 [4]杨强生.对流传热与传质.北京：高等教育出版社，1985 [5]赵镇南译.对流传热与传质（第4版）.北京：高等教育出版社，2007* [6][美]E.M.斯帕罗，R.D.塞斯著，顾传保，张学学译.辐射传热. 北京：高等教育出版社，1982* [7]陶文铨编著.数值传热学.西安:西安交通大学出版社，1988 [8]周俊杰等编. FLUENT工程技术与实例分析.北京：中国水力水电出版社，2010 （除*外，均提供电子版） 4.课件、教案、FLUENT软件及其他 二、自学、收集整理资料及讲课 1.自学 根据教案及课件提前查资料并自学相关内容。 如： 2.收集整理资料及讲课 每三位同学负责一至二次课内容，具体分工自行商量。内容包括： (1)收集整理资料 按照教案要求，收集、整理、加工相关教学资料，如“典型一维 对流传热分析 摘要：通过本章的学习，我们掌握对流传热的机理及其影响因素，边界层概念及其应用。通过讨论运动方程、连续性方程、能量方程为基础，结合量纲分析理论，解释对流传热的机理，探讨强制对流的机理，探讨强制对流传热、自然对流传热等的基本规律。 关键词：对流；传热；边界层 靠气体或液体的流动来传热的方式叫做对流。液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程。对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体明显。对流可分自然对流和强迫对流两种。自然对流往往自然发生，是由于温度不均匀而引起的。强迫对流是由于外界的影响对流体搅拌而形成的。 1 对流传热概述 对流换热指流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。在对流换热过程中，流体内部的导热与对流同时起作用。研究对流换热的目的是揭示表面传热系数与影响对流换热过程相关因素之间的内在关系，并能定量计算不同形式对流换热问题的表面传热系数及对流换热量。 影响对流换热的因素主要有，流动的起因：流体因各部分温度不同而引起密度差异所产生的流动称为自然对流，而流体因外力作用所产生的流动称为受迫对流，通常其表面传热系数较高。流动的状态：流体在壁面上流动存在着层流和紊流两种流态。流体的热物理性质：流态的热物性主要指比热容、导热系数、密度、粘度等，它们因种类、温度、压力而变化。流体的相变：冷凝和沸腾是两种最常见的相变换热。换热表面几何因素：换热表面的形状、大小、相对位置及表面粗糙度直接影响着流体和壁面之间的对流换热。 2 边界层和平板壁面对流传热 2.1边界层 由于对流换热的热阻大小主要取决于紧靠壁面附近的流体流动状况，而该区域中速度和温度的变化最为剧烈。因此，将固体壁面附近流体速度急剧变化的薄层称为流动边界层，而将温度急剧变化的薄层称为热边界层。流动边界层的厚度δ通常规定为在壁面法线方向达到主流速度99％处的距离。而热边界层的厚度δ为沿该方向达到主流过余温度99％处的距离。δ 不一定等于δ，两者之比决定于流体的物性。读者应熟练掌握流动边界层和热边界层的特点及两者的区别，这是进行边界层分析的前提。 边界层极薄，其厚度δ、δ与壁面尺寸相比都是很小的量。边界层内法线方向速度梯 对流传热与传质期末复习题 请主要3－2、10－2和17题 1、结合外掠平壁层流对流换热的求解，试述由边界层控制方程得到精确解和利用边界层积分方程式得到近似解两种方法的主要步骤、特点并比较其结果。 答：对于外掠平壁层流对流换热，由边界层控制方程得到精确解的主要步骤为：先根据外掠平壁流动的边界层动量方程和连续性方程，运用相似变换用流函数将动量方程转化为常微分方程，根据相应的边界条件就可得到速度分布的精确解，在求出速度分布的基础上，根据能量方程式和相应的边界条件即可得到温度分布的精确解，从而得到壁面热流和局部换热系数。特点是：由边界层动量方程式得到的精确解，它的解依赖于速度分布的具体形式，且只适用于Re>>1的情况，不适用于进口导边附近的区域。 而利用边界层积分方程式得到近似解的主要步骤为：首先假定能满足有关边界条件的无量钢温度分布，在u ∞、t w 和t ∞都是常数的假定下，根据低速定物性流体外掠平壁的焓厚度定义式进行积分，可得到焓厚度及其沿轴向变化，壁面热流即可求出，进一步可得到换热系数。其特点在于用边界层积分方程式进行求解，它的解并不十分依赖于速度分布的具体形式，且工作量小，简便。 结果比较：两种方法得到的解结果完全一致。 2、同样是层流对流换热，为什么外掠平壁的Nu ～Re 1/2，而管内充分发展的则h X ＝常数？ 答：流体外掠平壁时，从进口处形成速度边界层和热边界层，且随着流体的往前推进而逐渐增厚，到一定距离后会发生层流到紊流的过渡，不会象管内流动那样出现充分发展区，热流密度也不是常数而是和x 有关，即('(0)w w q t t λ∞=-，因此局部换热系数w x w q h t t ∞ =-，局部努谢尔数() w w q x Nu t t λ∞= - ，所以可得'(0)Nu θ=，即Nu ～Re 1/2； 流体在管内作层流换热时，在充分热发展区，流体的无量纲温度分布不沿流体的推进方向而变化，只是r 的函数，管壁处沿径向的无量纲温度梯度 r r r θ=??也不推进方向变化，即 w r r m w r r t t r r t t θ==??-??= ???-??＝常数，而壁温t w 和流体的混合平均温度t m 不随径向距离r 变化，而换热系数是用壁温和流体混合平均温度之差来定义的，即0 w r r w m w m q t h t t t t r λ=?= =---?，显然为常数。第五章对流传热分析..
对流传热
对流传热与传质讨论复习题
管式加热炉之在对流室中的辐射传热(1)
对流传热
(完整版)加热炉计算
对流传热分析
真冰溜冰场冷负荷计算
传热学 热对流 计算 (1)
传热过程的计算
对流传热与传质
传热课后问答题答案
燃烧法与吸附法
热质交换复习题修订版
换热器的传热计算
对流传热
高等传热学自学及作业安排
热量传递之对流传热分析
对流传热与传质讨论复习题解答参