化工原理學(xué)：第六章 傳熱02

1、 6.5 熱輻射熱輻射的定義 熱輻射線可在真空中傳播，無需任何介質(zhì) 有實(shí)際意義的熱輻射波長集中于紅外線區(qū)段的 范圍內(nèi)6.5.1 固體輻射一、黑體的輻射能力和吸收能力 固體和液體 : 氣體 :黑體：即可將投入其上的輻射能全部吸收黑體的輻射能力服從Stefan-Boltzmann定律： ，二、實(shí)際物體的輻射能力和吸收能力1、輻射能力E ， 黑度是物體的一種性質(zhì)，與外界無關(guān)2、吸收能力部分吸收且具有選擇性即實(shí)際物體的 不僅取決于物體本身，還與投入輻射的波長有關(guān)，比 更為復(fù)雜三、灰體的輻射能力與吸收能力灰體：對各種波長輻射能同樣吸收的理想物體，即其 是其自身的特征灰體的輻射能力可用 表征（同實(shí)際物體）

2、克希荷夫定律：注意：對太陽輻射、氣體輻射例外四、兩黑體間的輻射傳熱根據(jù)藍(lán)貝特定律： ：角系數(shù)，為一純幾何因 素，取決于兩物體的相對位置對于相距很近、面積相等且足夠大的平行黑體平板：五、兩灰體間的輻射傳熱熱量衡算可得：系統(tǒng)黑度 兩種特殊情況：1、兩塊相距很近且面積足夠大的平行板 此時兩物體的相對位置對傳熱無影響2、內(nèi)包系統(tǒng) 內(nèi)包物體具有凸表面： 則： 六、影響輻射傳熱的主要因素1、溫度的影響 與 成正比，很敏感2、幾何位置的影響 取決于兩表面的方位和距離3、表面黑度的影響 可通過改變 以強(qiáng)化或減弱輻射傳熱4、輻射表面之間介質(zhì)的影響七、輻射給熱系數(shù) 高溫設(shè)備外壁對周圍空氣的散熱，兼有輻射與自然對流

3、作用 ：輻射給熱系數(shù) ：對流給熱系數(shù) 6.6 傳熱過程計算6.6.1 傳熱過程數(shù)學(xué)描述一、熱量衡算微分方程式熱流體通過 傳給冷流體的熱流量為：以 內(nèi)管空間為控制體作熱量衡算：以 環(huán)隙空間為控制體作熱量衡算：二、傳熱速率方程式忽略管壁內(nèi)、外表面積的差異 傳熱系數(shù) 三、傳熱系數(shù)和熱阻 當(dāng) 具有不同數(shù)量級時， 將由其中 最大熱阻決定。 很小可忽略， 當(dāng) 時： 當(dāng) 時：即串聯(lián)過程中可能存在某個控制步驟強(qiáng)化傳熱過程時，必須減小控制步驟熱阻，即提高較小的 。討論：若管壁內(nèi)、外表面的差異不能忽略，工程上習(xí)慣以外表面作為傳熱面積，故以后所述的傳熱系數(shù)均為四、污垢熱阻若管壁冷熱流體兩側(cè)的污垢熱阻分為 ,則傳熱系

4、數(shù) 五、壁溫計算 金屬壁的熱阻可忽略 即壁溫必接近于熱阻較小或給熱系數(shù)較大一 側(cè)的流體溫度6.6.2 傳熱過程基本方程式一、傳熱過程的積分表達(dá)式將 代入熱量衡算微分式中，得：設(shè) 在整個傳熱面上保持不變，則二、操作線與推動力的變化規(guī)律 對控制體作熱量衡算，得： 為一直線，稱操作線方程平衡線方程：操作線與平衡線間的垂直距離為推動力 推動力 相對于溫度 或 的變化率為常數(shù)三、傳熱基本方程式1、傳熱基本方程 將以上二式代入積分表達(dá)式中，積分可得：式中 為對數(shù)平均推動力注意：傳熱基本方程式的導(dǎo)出是以操作線、 平衡線為直線作為前提的2、對數(shù)平均推動力1）傳熱平均推動力為對數(shù)平均值是由過程本 身決定的，其前

5、提是操作線平衡線為直線2）對數(shù)平均值具有如下性質(zhì) a、對數(shù)平均值恒小于算術(shù)平均值 b、 相差越懸殊，對數(shù)平均值越接 近其中較小的值 c、 中有一為零，則 d、當(dāng) ， 可用算術(shù) 平均值代替3）幾種條件下的對數(shù)平均推動力 a、逆流 b、并流 在 均相同的條件下：c、一側(cè)流體有相變 無流向問題d、 逆流時，操作線與平衡線平行6.6.3 換熱器的設(shè)計型計算一、命題方式設(shè)計任務(wù)：將流量為 的熱流體自給定溫度 冷卻至指定溫度設(shè)計條件：冷流體的進(jìn)口溫度計算目的：確定傳熱面積及其他有關(guān)尺寸二、計算方法1）計算換熱器的熱流量2）作出適當(dāng)?shù)倪x擇并計算平均推動力 必須選擇 a、流向（逆流、并流、復(fù)雜流動） b、冷卻

6、介質(zhì)出口溫度3）計算冷熱流體與管壁的對流給熱系數(shù)和總 傳熱系數(shù) 必須選擇： a、冷、熱流體各走管內(nèi)還是管外 b、適當(dāng)?shù)牧魉?c、選擇適當(dāng)?shù)奈酃笩嶙?）由傳熱基本方程 計算傳熱面積三、選擇的依據(jù)（技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理）1）流向 逆流優(yōu)于并流，因為 a、在 相同時 b、逆流可在更寬的范圍內(nèi)完成傳熱任務(wù) 2）冷卻介質(zhì)出口溫度 操作費(fèi)用 ，回收的能量價值高 但 ， ，設(shè)備費(fèi)用 的選擇是一個經(jīng)濟(jì)上的權(quán)衡問題 一般經(jīng)驗： 不宜小于10 一般不高于45 3）流速的選擇 的選擇是一個經(jīng)濟(jì)上的權(quán)衡問題 6.7 換熱器主要性能指標(biāo)： ，分類：間壁式，混合式和蓄熱式6.7.1 間壁式換熱器的類型 一、夾套式換熱器

7、 二、沉浸式蛇管換熱器 三、噴淋式換熱器 四、套管式換熱器五、管殼式換熱器（列管式換熱器）1） 主要構(gòu)件 殼體、管束、管板、封頭、擋板2） 多管程、多殼程目的：在 相同的情況下， 提高 和3） 溫差補(bǔ)償式換熱器當(dāng)冷熱流體溫差50時，金屬出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力而損壞設(shè)備，應(yīng)在結(jié)構(gòu)上加以考慮： 固定管板式、浮頭式、U型管式4） 換熱器型號 6.7.2 管殼式換熱器的設(shè)計和選用一、管殼式換熱器設(shè)計和選用時應(yīng)考慮的問題 1） 冷、熱流體流動通道的選擇 2） 流動方式的選擇 逆流、并流 及復(fù)雜流動 3） 換熱管規(guī)格和排列的選擇管徑：管長：1.5、2、3、4.5、6、9排列方式：4） 折流擋板目的：提高管外給熱系數(shù)弓

8、形缺口高：取殼體內(nèi)徑的20和25板間距：取殼體內(nèi)徑的0.2-1.0倍固定管板式有：100,150,200,300,450,600,700浮頭式有：100,150,200,250,350,450,600二、管殼式換熱器的給熱系數(shù)1）管程給熱系數(shù) 2）殼程給熱系數(shù)三、流體通過換熱器的阻力損失1）管程阻力損失 而 管程數(shù)的選擇應(yīng)兼顧傳熱與壓降兩方面2）殼程阻力損失 而殼程數(shù)的選擇應(yīng)兼顧傳熱與壓降兩方面四、對數(shù)平均溫差的修正 應(yīng)大于0.8 ，否則應(yīng)改變流動方式五、管殼式換熱器的選用和設(shè)計計算步驟 1）選擇流體通道及流動方式 2）選擇 計算 3）計算 ，選擇 4）計算 由標(biāo)準(zhǔn)系列確定換熱器型號及 5）核算換熱器壓降 必須小于工藝規(guī)定值 6）計算 、 ( )和 7）由 計算 必須滿足 附：設(shè)計報告要求1、目錄2、設(shè)計任務(wù)書3、計算步驟(求解量公式代入數(shù)據(jù)結(jié)果)4、計算結(jié)果明細(xì)表5、符號說明6、設(shè)計小節(jié)7、參考文獻(xiàn)6.6.4 換熱器的操作型計算一、命題方式 換熱器傳熱面積及有關(guān)尺寸一定，物性一定第一類命題：給定 求 第二類命題: 給定 求二、計算方法 以逆流為例采用消元法可得：熱量衡算式第一類命題：聯(lián)列以上兩式求解第二類命題：聯(lián)列以上兩式試差求解并流:熱流體有相變 : 此時熱衡算式為： 三、傳熱過程的調(diào)節(jié) 可