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第六章 传热 - Coggle Diagram
第六章 传热
6.4 沸腾给热与冷凝给热
6.4.1 沸腾给热
沸腾类型：大容积沸腾、管内沸腾
沸腾条件：过热度、汽化核心
沸腾曲线：表面汽化、核状沸腾、膜状沸腾
沸腾给热系数：α=AΔtⁿ（实验关联式）
6.4.2 沸腾给热强化：增加汽化核心、添加表面活性剂
6.4.3 蒸汽冷凝给热
冷凝类型：膜状冷凝（工业常见）、滴状冷凝
膜状冷凝热阻：集中于冷凝液膜
6.4.4 冷凝给热系数
垂直壁层流膜状冷凝：α=1.13(ρ²gλ³r/(LΔtμ))¹ᐟ⁴
水平圆管膜状冷凝：α=0.725(ρ²gλ³r/(dΔtμ))¹ᐟ⁴
6.4.5 冷凝给热影响因素及强化：排除不凝性气体、减小液膜厚度
6.6 传热过程的计算
6.6.1 传热过程的数学描述
热量衡算微分方程：qₘ₁cₚ₁dT=qₘ₂cₚ₂dt=dQ
传热速率方程：dQ=K(T-t)dA；K=1/(1/αᵢ + δ/(λdₘ) + 1/αₒ)（圆筒壁）
传热系数K：以内/外表面为基准的换算关系
壁温计算：(T-Tᵥᵥ)/(Tᵥᵥ-t)=1/αᵢ / (1/αₒ)（忽略管壁热阻）
6.6.2 传热过程基本方程式
总传热速率方程：Q=KAΔtₘ（Δtₘ为对数平均温差）
对数平均温差：Δtₘ=(Δt₁-Δt₂)/ln(Δt₁/Δt₂)（逆流/并流）
6.6.3 传热单元数与传热效率
传热单元数NTU=KA/(qₘcₚ)
热容量比R=(qₘcₚ)ₛₘₐₗₗ/(qₘcₚ)ₗₐᵣgₑ
传热效率ε=(T₁-T₂)/(T₁-t₁)=f(NTU,R)
6.6.4 传热单元法的应用
操作型问题：通过NTU、R、ε的关系求解流体出口温度
设计型问题：结合传热效率快速计算传热面积
6.6.5 非定态传热过程的拟定态处理
间歇搅拌釜加热：mcₚdt=K(T-t)Adτ
加热时间计算：τ=(mcₚ/(KA))·ln((T-t₁)/(T-t₂))
累积传热量：Qₜ=mcₚ(t₂-t₁)=KAΔtₘτ
6.2 热传导
6.2.1 傅里叶定律和热导率
傅里叶定律：q = -λ·(∂t/∂n)
热导率λ：固体λ=λ₀·(1+at)；液体（除水/甘油）λ随温度升高减小；气体λ随温度升高增大
6.2.2 平壁定态导热：q=λ·Δt/δ；Q=Δt/(δ/(λA))
6.2.3 圆筒壁定态导热：Q=(2πλl(t₁-t₂))/ln(r₂/r₁)；热阻R=ln(d₂/d₁)/(2πλl)
6.2.4 多层壁定态导热：Q=∑Δt/∑(δ/(λA))（平壁）；Q=∑Δt/∑(δ/(λAₘ))（圆筒壁）
6.3 对流传热
6.3.1 对流传热过程分析
分类：按相变化（无相变/有相变）、按流动原因（强制对流/自然对流）
自然对流：体积膨胀系数β=(1/V)·(dV/dT)；u∝√gLβΔT
6.3.2 对流传热的数学描述
牛顿冷却定律：流体被加热q=α(tᵥᵥ-t)；流体被冷却q=α(T-Tᵥᵥ)
无量纲数：努塞尔数Nu=αl/λ、雷诺数Re、普朗特数Pr、格拉晓夫数Gr
给热系数α获取方法：理论计算、数学模型法、量纲分析实验法
6.3.3 无相变的对流传热系数经验关联式
圆形直管内强制湍流：Nu=0.023Re⁰·⁸Prⁿ（加热n=0.4，冷却n=0.3）
圆形直管内强制层流：Nu=1.86(RePr d/l)¹ᐟ³(μ/μᵥᵥ)⁰·¹⁴
管外强制对流：Nu=cReⁿPr⁰·⁴（管排不同c、n不同）
搅拌釜内对流：Nu=AReᵃPrᵇ(μ/μᵥᵥ)⁰·¹⁴
6.1 概述
6.1.1 传热目的和方式
传热目的：加热/冷却物料、换热回收热量、保温减少热损失
传热基本方式：直接接触式、间壁式（工业核心）、蓄热式
载热体：加热剂（热水/蒸汽/矿物油等）、冷却剂（水/空气/冷冻剂）
6.1.2 传热过程
传热速率表示：热流量Q=∫Aq dA、热流密度q=dQ/dA
传热类型：定态传热（物理量不随时间变）、非定态传热（Qₜ=A∫τq dτ）
传热过程节能：强化KA、防止结垢、采用逆流、均化推动力