《化工原理传热》PPT课件.ppt

4 影响冷凝传热的因素 冷凝液膜两侧的温度差 流体物性的影响 不凝性气体的影响 形成气膜 表面传热系数大幅度下降 蒸气过热的影响 过热蒸汽 若壁温高于饱和温度 传热过程与无相变对流传热相同 若壁温低于饱和温度 按饱和蒸汽冷凝处理 蒸气流速的影响 流速不大时 影响可忽略 流速较大时 且与液膜同向 h增大 流速较大时 且与液膜反向 h减小 沸腾 沸腾时 液体内部有气泡产生 气泡产生和运动情况 对h影响极大 沸腾分类 按设备尺寸和形状不同池式沸腾 大容积饱和沸腾 强制对流沸腾 有复杂的两相流 按液体主体温度不同过冷沸腾 液体主体温度t ts 气泡进入液体主体后冷凝 饱和沸腾 t ts 气泡进入液体主体后不会冷凝 5 液体沸腾传热 1 大容积饱和沸腾传热机理a 汽泡能够存在的条件 必须有汽化核心 b 汽泡产生的条件 液体必须过热提供必须的汽化热量 说明 因此无汽化核心 气泡不会产生 液体过热度增大 汽化核心数增多 汽化核心 体积很小的孔穴或固体颗粒 气泡能附着在其周围生长 气泡的产生过程 沸腾过程 过热度 汽化核心数 气泡产生和长大的速度 使沸腾加剧 沸腾传热膜系数 说明 由于气泡产生 使液体扰动 因此 实验条件 大容积 饱和沸腾 2 大容积饱和沸腾曲线曲线获得 AB段 无相变自然对流 无汽泡产生 h缓慢增加BC段 核状沸腾一方面 另一方面 汽膜覆盖 又使h 当两者作用相抵消 出现转折点 临界点 C点 临界值 t q CD段 核状 膜状共存 膜覆盖为主 t h DEF段 稳定膜状沸腾 全部膜覆盖 t h 而后辐射作用加强 t h 沸腾曲线意义 说明 工业上 应严格控制在核状沸腾区内操作 3 影响的因素 加热壁面的影响 粗糙壁面 h 光滑的壁面 h 被油脂污染的壁面 h 清洁表面 h 水平管束沸腾传热 上排管h 4 沸腾传热膜系数参看有关手册 管外沸腾传热更为常用 a 水在105 4 105Pa压力下的核状沸腾 b 不同液体在不同清洁面上的核状沸腾 4 5辐射传热4 5 1辐射传热基本概念 1 热辐射 物体以电磁波的形式向外发射能量的过程 称为热辐射 一定波长内 0 4 40 m 主要是可见光和红外光 具有热效应 以电磁波形式传播 不需要任何介质进行传递 两次能量形式转化 内能1 电磁波能 内能2 热辐射可穿越真空 但对流 热传导不能 具有反射 折射和吸收的特性 服从光的反射 折射定律 能在均一介质中作直线传播 2 特点 3 辐射传热的特性 吸收率反射率透射率 黑体 能全部吸收辐射能的物体A 1 白体 能全部反射辐射能的物体R 1 透热体 能全部透过辐射能的物体D 1 灰体 能以相同的吸收率A 吸收全部波长辐射能的物体 工业上 多数物体都可近似视为灰体 A相差不大 辐射能的吸收 反射和透射 4 5 2发射能力和辐射基本定律 1 发射能力E 辐射能力 W m2 指 一定温度下 单位时间 单位面积上 物体所能发射出的全部波长的总能量 指 一定温度下 单位时间 单位面积上 物体发射的某一波长的总能量 单色发射能力E W m2 黑体的发射能力E0 2 辐射基本定律 普朗克定律 说明 斯忒藩 波耳茨曼定律表明黑体的发射能力与温度的关系 灰体的发射能力 C 灰体的发射系数C C0C f 物性 温度 表面 实验证明 表明 灰体接近黑体的程度 值由实验测定 黑度 发射率 克希霍夫定律 设 A 灰体B 黑体A发射辐射能全部被B吸收 B发射辐射能 部分被A吸收 部分被A反射 热平衡时 对灰体而言 说明 对任何物体 发射能力和吸收率比值为常数 且等于同温度下 黑体的发射能力 说明 同温度下 任一物体吸收率等于黑度 4 5 3固体表面间的辐射传热化工生产中常遇到的固体壁面可按灰体处理 辐射在固体表面进行 两无限大平壁间辐射有效辐射 角系数 总能量被壁面拦截分率 f 两壁面形状 大小 相对位置 距离等 4 5 4气体的热辐射 气体 单 对称双原子气体 H2 O2 空气 近似透热体 无吸收 发射能力 多原子气体 CO2 H2O蒸气 高温时具有很强发射和吸收能力 气体热辐射特点 选择性 只发射和吸收某一波长范围的辐射能 容积辐射特性 吸收和发射在整个体积内进行 气体发射能力 同时存在两种以上传热方式的综合传热现象 例 设备表面的热损失 对流 热辐射间壁换热过程中 对流 导热 2 设备热损失计算 4 5 5复合传热与设备热损失的计算 1 复合传热 热损失 经验关联式 空气自然对流时 平壁保温层外 圆管保温层外 空气沿粗糙表面强制对流时 空气流速u 5m s hT 6 2 4 2u 空气流速u 5m s hT 7 8u0 78 3 绝热层的临界半径 设稳态传热 管道外表面与环境间热损失为 增加绝热层厚度 热损失一定减小 增加绝热层厚度 热损失可能增加 保温层的选择 对需保温的管子 ri一定 如果要满足保温条件 应从 hT两方面考虑 选择合适的保温层材质 绝热层的临界厚度为 圆管外的保温 计算基础 热流量衡算方程和传热速率方程 4 6 1热流量衡算方程稳态传热 忽略热损失时 冷流体吸收热量 热流体放出热量 1 无相变传热 4 6传热过程的计算 计算类型 设计型计算 已知th1 th2 tc1 qmc qmh K求传热面积A 操作型计算 已知th1 tc1 qmc qmh K A求th2 tc2 2 有相变传热 饱和状态下 说明 换热过程中各流股热流量间关系 各流股间相互制约 热量守恒 非饱和状态下 例 过热蒸气 冷凝 过冷液体 又如 过冷液体 沸腾 过热蒸气 4 6 2总传热速率方程间壁传热过程 各部分传热速率方程 管内侧流体 管壁导热 管外侧流体 对稳态传热 式中 K 总传热系数 W m2 K 注意 K与A对应 选Ai Am或Ao 故稳态传热时 4 6 3传热系数和传热面积 K 传热系数 表示换热设备性能的重要参数 1 K的计算在实际生产中以外表面积Ao作为传热面积 K的来源 实验测定 取生产实际的经验数据 计算求得 实际计算热阻应包括壁两侧污垢热阻 圆管中 平壁