第四章传热—3(对流传热分析和计算).ppt

第五节 对流传热系数关联式 对流传热影响因素 无相变时的对流传热系数 管内强制对流 管外强制对流 自然对流 有相变时的对流传热系数 蒸汽冷凝 液体沸腾 一般换热设备中的冷凝可按膜状冷凝考虑。 冷凝的传热系数一般都很大，如水蒸汽作膜状冷凝时的传热系数α通常为5000~15000 W/(m2·℃)。因而传热壁的另一侧热阻相对地大，是传热过程的主要矛盾。 当蒸汽中不凝性气体的含量为1%时，可降低α　60%左右。因此冷凝器应装有放气阀，以便及时排除不凝性气体。 （c）膜状沸腾阶段 当Δt继续增大时（CD段），气泡形成的过快，加热面逐渐被气泡覆盖，形成气膜，使得传热过程中的热阻变大，α开始减小，到达D点时为最小值。此阶段称为膜状沸腾。 物体的辐射能力是指物体在一定温度下，单位表面积、单位时间内所发射的全部波长的总能量，记作E，单位是W/m2。 单色辐射能力是指物体在一定温度下，单位表面积、单位时间内发射某一波长的辐射能。记作EΛ，单位是W/m2。 1、黑体辐射能力 （1）灰体辐射能力与其表面热力学温度的关系 3、物体的辐射能力与吸收能力的关系 ——基尔霍夫定律 假设有两个无限大的平行平壁： 壁1为灰体，壁2为黑体。 两壁面之间为透热体。 系统对外界绝热。 角系数 表示一个物体发射的总能量投射到另一个物体表面的分率。 角系数为利用模型做实验测定。 几种情况下的角系数和总辐射系数见表。 8 对流和辐射的联合传热 αT称为对流辐射联合传热系数，单位W/m2·℃ 空气自然对流时 平壁保温层外： αT=9.8+0.07(tw-t) 圆筒保温层外： αT=9.4+0.052(tw-t) 空气沿粗糙管壁面强制对流 空气流速u≤ 5m/s时，αT=6.2+4.2u 空气流速u ＞5m/s时，αT=7.8u0.78 例 用热电偶测量管内空气温度，测得热电偶温度为420℃，热电偶黑度为0.6，空气对热电偶的传热系数为35 W?m-2 ?℃-1，管内壁温度为300℃，试求空气温度。 解：当测量达到平衡（热电偶温度稳定不变）时： 空气与热电偶的对流传热 = 热电偶与管壁辐射传热 令空气温度为T α=35w/m2.k C0=5.67w/m2.k4 ε=0.6 代入得 T=523℃ 对流传热计算公式有两种类型：准数关系式和纯经验公式。在应用这些方程时应注意以下几点： 1、首先分析所处理的问题是属于哪一类，如：是强制对流或是自然对流，是否有相变等。 2、选定相应的对流传热系数计算式。 3、当流体的流动类型不能确定时，采用试差法进行计算，再进行验证。 4、计算公式中的各物性数据的单位。 对流传热系数小结 1、热辐射 物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程称为热辐射。 —10-10—1010— 1 102 104 106 10-4 10-2 10-6 γ射线 无线电波 微波 X射线 紫外 热射线 红外 能被物体吸收而转变成热能的辐射线称作热射线。 2、电磁波的波长范围及热射线 第六节 热辐射 一、基本慨念 3、吸收率 A，反射率 R 和透过率 D （Absorption,Reflection and Diaphaneity ) 根据能量守恒定律： 物体的吸收率、反射率和穿透率的大小取决于物体的性质、表面状况、温度和投射辐射的波长。 4、黑体、白体和透体 黑体 A=1 白体 R=1 透热体 D=1 5、灰体和黑度 灰体： 能吸收所有波长范围的辐射能，且对不同波长辐射能的吸收率相等的物体称灰体。 6、辐射传热 物体向外发射辐射能，同时也自周围吸收辐射能。 辐射传热：物体间相互发射和吸收辐射能的传热过程。 二、物体的辐射能力 黑体辐射能力与其表面热力学温度的四次方成正比。 C0称为黑体的辐射常数，其值为5.67W/m2· K4。 四次方定律--斯蒂芬-波尔茨曼定律 由于σ0很小，所以常用右式来表示： C称为灰体的辐射常数。 （2）黑度：定义为灰体辐射能力与黑体的辐射能力之比。 2、灰体的辐射能力 常见工业材料的黑度见P200表4-7 对壁1来说，热量的收支差额为： 当两壁处于热平衡状态 表明任何物体的辐射能力和吸收率的比值： 恒等于同温度下黑体的辐射能力； 并且只与温度有关。 基尔霍夫定律 对于任何灰体 即：灰体的吸收率，数值上等于同温度下该灰体的黑度。 比较 即：灰体的吸收率，数值上等于同温度下该灰体的黑度。 若平行平壁的面积为A，则辐射传热速率为 C1-2称为物体1对2的总辐射系数，W/m2·K4。 对于任意两物体之间的辐射传热速率的计