文章大纲

1. 概述
2. 热传导
3. 对流传热概述
4. 传热过程计算
5. 对流传热系数关联式

概述

传热的基本方式

热传递有3种基本方式：热传导（导热）、热对流和热辐射。

传热过程中热、冷流体(接触)热交换

典型的间壁式换热器

传热速率和热通量

稳态传热和非稳态传热

载热体及其选择

热传导

基本概念和傅里叶定律

导热系数

通过平壁的稳态热传导

\[\bbox[yellow]{ Q= \frac{t_{1}-t_{2}}{\frac{b}{\lambda S}}= \frac{\Delta t}{R} }\]

$b$ -平壁厚度，$\rm{ m }$; $λ$ - 固体在温度为$t\rm{ °C }$时的导热系数，$\rm{ W/(m \cdot ^{\circ}C) }$; $△t$ -温度差，导热推动力，$\rm{ °C }$; $R= \dfrac{b}{\lambda S}$导热热阻，$\rm{ °C/W }$;

对$n$层平壁，热传导速率方程式为

\[\bbox[yellow]{ \displaystyle Q=\frac{t_{1}-t_{n+1}}{\sum\limits_{i=1}^{n}\dfrac{b_{i}}{\lambda_iS}}=\frac{\sum\Delta t}{\sum R} }\]

式中下标$i$表示平壁的序号。

通过圆筒壁的稳态热传导

对$n$层圆筒壁，其热传导速率方程式可表示为：

\[\bbox[yellow]{ Q=\frac{t_1-t_{n+1}}{\sum\limits_{i=1}^{n}\frac{b_i}{\lambda_i S_{ni}}}=\frac{t_{1}-t_{n+1}}{\sum\limits_{i=1}^{n}\frac{1}{2\pi L\lambda_i}\ln\frac{r_{i+1}}{r}} }\]

对流传热概述

对流传热速率方程和对流传热系数

牛顿冷却定律：

\[\bbox[yellow]{ Q=\alpha S\Delta t }\]

$α$--平均对流传热系数，$\rm{ W/(m^{2}\cdot ^{\circ}C); }$ $S$--总传热面积，$\rm{ m^{2} }$; $△t$--流体与壁面(或反之)间温度差的平均值，$\rm{ °C }$;

对流传热机理简介

保温层的临界直径

传热过程计算

热量衡算

总传热速率微分方程和总传热系数

\[\bbox[yellow]{ \frac{1}{K_{0}}= \frac{d_{0}}{\alpha _{i}d_{i}}+R_\rm{si}\frac{d_{o}}{d_{i}}+ \frac{bd_{0}}{\lambda d_{m}}+R_\rm{so}+ \frac{1}{\alpha _{o}} }\] 式中 $R_{si}$、$R_{so}$ - 分别为管内和管外的污垢热阻，又称污垢系数，$\rm{ m^{2}\cdot ^{\circ}C/W }$ $d_{} 、 d_\rm{W/(m^{2}{}C)}$

忽略污垢热阻时，

\[\begin{align}\frac{1}{K_{下标}}&= \frac{1}{\alpha_i}\frac{d_{d_{下标}}}{d_i}+ \frac{b}{\lambda}\frac{d_{下标}}{d_m}+ \frac{1}{\alpha _o}\frac{d_{下标}}{d_o} \\ \frac{1}{K_o} &= \frac{d_o}{\alpha _{i}d_\rm{i}} + \frac{bd_o}{\lambda d_{m}}+ \frac{1}{\alpha _{o}} \\ \dfrac{1}{K_i} &= \dfrac{1}{\alpha _{i}} + \dfrac{bd_i}{\lambda d_m} + \dfrac{d_i}{\alpha _{o}d_{o}} \\ \frac{1}{K_m} &= \frac{d_{m}}{\alpha _{i}d_{i}} + \frac{b}{\lambda}+\frac{d_{m}}{\alpha _{o}d_{o}}\end{align}\]

平均温度差法和总传热速率方程

总传热速率方程的应用

传热单元数法

对流传热系数关联式

影响对流传热系数的因素

对流传热过程的量纲分析

流体无相变时的对流传热系数

流体在圆形管内作强制湍流

低黏度(大约低于2倍常温下水的黏度)流体，可应用迪特斯(Dittus)和贝尔特(Boelter)关联式，即：

\[ Nu=0.023Re^{0.8}Pr^{n} \] \[\bbox[yellow]{\alpha=0.023 \frac{\lambda}{d_{i}}(\frac{d_{i}\mu \rho}{\mu})^{0.8}(\frac{c_p\mu}{\lambda})^{n}}\]

式中$n$值视热流方向而定。当流体被加热时，$n=0.4$；被冷却时$n=0.3$。

努塞尔数$Nu=\dfrac{\alpha l}{\lambda}$ - 表示对流传热系数的准数雷诺数$Re=\dfrac{lu\rho}{\mu}$ - 确定流动状态的准数普朗特数$Pr=\dfrac{c_{p}\mu}{\lambda}$ - 表示物性影响的准数格拉晓夫数$Cr=\dfrac{\beta g \Delta tl^{3}\rho ^{2}}{\mu ^{2}}$ - 表示自然对流影响的准数

$\alpha$ - 对流传热系数, $W /\left(\mathrm{m}^2 \cdot{ }^{\circ} \mathrm{C}\right)$; $l$ - 传热面的特征尺寸, 可以是管内径或外径, 或平板高度等, $\mathrm{m}$; $\lambda$ - 流体的导热系数, $\mathrm{W} /\left(\mathrm{m} \cdot{ }^{\circ} \mathrm{C}\right)$; $\mu$ - 流体的黏度, $\mathrm{Pa} \cdot \mathrm{s}$; $c_p$ - 流体的定压比热容, $\mathrm{kJ} /\left(\mathrm{kg} \cdot{ }^{\circ} \mathrm{C}\right)$; $u$ - 流体的流速, $\mathrm{m} / \mathrm{s}$; $\beta$ - 流体的体积膨胀系数, $1 /{ }^{\circ} \mathrm{C}$; $\Delta t$ - 温度差, ${ }^{\circ} \mathrm{C}$; $g$ - 重力加速度, $\mathrm{m} / \mathrm{s}^2$ 。