文章大纲
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 Rsi、Rso - 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 = 0.023Re0.8Prn $$\bbox[yellow]{\alpha=0.023 \frac{\lambda}{d_{i}}(\frac{d_{i}\mu \rho}{\mu})^{0.8}(\frac{c_p\mu}{\lambda})^{n}}$$
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
α - 对流传热系数, W/(m2 ⋅ ∘C); l - 传热面的特征尺寸, 可以是管内径或外径, 或平板高度等, m; λ - 流体的导热系数, W/(m ⋅ ∘C); μ - 流体的黏度, Pa ⋅ s; cp - 流体的定压比热容, kJ/(kg ⋅ ∘C); u - 流体的流速, m/s; β - 流体的体积膨胀系数, 1/∘C; Δt - 温度差, ∘C; g - 重力加速度, m/s2 。
应用范围：Re > 10000, 0.7 < Pr < 120；管长与管径比$d\frac{L}{d_{i}}>60$。 特征尺寸：Nu、Re准数中的l取管内径di。 定性温度：取流体进、出口温度的算术平均值。
流体有相变时的对流传热系数
蒸气冷凝
蒸气冷凝有膜状冷凝和滴状冷凝两种方式。
由于没有液膜阻碍热流，因此滴状冷凝传热系数比膜状冷凝可高几倍甚至十几倍。
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