环境工程原理(2017-03-15).pdf

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1、《环境工程原理》第I篇环境工程原理基础1第I篇环境工程原理基础本篇主要内容第二章质量衡算与能量衡算第三章流体流动第四章热量传递第五章质量传递2第四章热量传递本章主要内容第一节热量传递的方式第二节热传导第三节对流传热第四节换热器及间壁传热过程计算第五节辐射传热3热传导QdTq傅立叶定律Ady(TT)TbbQ12RRRRAAm传热的推动力传热速率=导热热阻4第四章热量传递本章主要内容第一节热量传递的方式第二节热传导第三节对流传热第四节换热器及间壁传热过程计算第五节辐射传热5第三节对流传热流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程对流传热仅发生在流体中对流传热与热传导的区

2、别：流体质点的相对位移（1）流动对传热的贡献搅拌杯中热水——加快热水冷却人站在冷风里——与站在背风的地方相比感觉要冷得多在高温的夏季里，打开电扇——人会感到凉快电扇风速越大，感觉愈凉快些流体流动使对流传热速率加快6第三节对流传热（2）对流传热过程对流传热过程是热传导与对流联合作用的结果7第三节对流传热工程中常见的对流传热过程——间壁式换热器的换热过程流体的热交换热交换器（换热器）套管式换热器列管式换热器8第三节对流传热（3）间壁式换热器热量传递过程：（1）热量由热流体传给固体壁面对流传热（2）热量由壁面的热侧传到冷侧导热（3）热量由壁面的冷侧传到冷流体对流传热对流导热对流9第三节对流传热（

3、4）对流传热问题的分类强制对流传热自然对流传热热水冷却蒸汽冷凝套管式换热器暖气片流体在外加能量的作用流体由于内部温度差下处于流动状态产生密度差而流动流体在传热过程中有无相变10第三节对流传热一、影响对流传热的因素（1）物性特征v流体的密度或比热容越大，流体与壁面间的传热速率越大v导热系数越大，热量传递越迅速；v流体的黏度越大，越不利于流动，会削弱与壁面的传热。（2）几何特征固体壁面的形状、尺度、方位、粗糙度、是否处于管道进口段以及是弯管还是直管等。11第三节对流传热一、影响对流传热的因素（3）流动特征流动起因（自然对流、强制对流）流动状态（层流、湍流）有无相变化（液体沸腾、蒸汽冷凝）流体对

4、流方式（并流、逆流、错流）12第三节对流传热二、对流传热的机理(一)流动边界层的传热机理及温度分布湍流区T层流区0TW（1）层流边界层流体层与层之间无流体质点的宏观运动，在垂直于流动方向上，热量的传递通过导热进行。与静止流体中的导热一样吗？13第三节对流传热(一)流动边界层的传热机理及温度分布在静止的流体中机理相同在层流流动的流体中大小变化质点发生相对位移对流传热实际上，流体流动使传热增强。流体的流动增大了壁面处的温度梯度，使壁面处的热通量较静止时大14第三节对流传热(一)流动边界层的传热机理及温度分布（2）湍流边界层由边界层的流动情况决定湍流区湍流中心缓冲层层流底层层流底层中，热量传导主

5、要依靠导热进行，符合傅立叶定律，温度分布几乎为直线；由于流体的导热系数较低，使层内导热热阻很大，因此该层中温度差较大，温度分布曲线的斜率大。15第三节对流传热(一)流动边界层的传热机理及温度分布湍流中心湍流区缓冲层层流底层在湍流中心，质点强烈脉动，使主体部分的温度趋于均一，热量传递主要依靠对流进行，导热所起的作用很小；温度梯度很小，即传热热阻很小，温度分布曲线趋于平坦。缓冲层中，质点的脉动较弱，对流与导热的作用大致处于同等地位，由于对流传热的作用，温度梯度变小。16第三节对流传热(一)流动边界层的传热机理及温度分布湍流区湍流中心热阻分布情况？缓冲层湍流传热速率的大小？层流底层湍流传热时，

6、流体从主流到壁面的传热过程也为稳态的串联传热过程，热阻集中在层流底层上。减少层流底层厚度是强化传热的重要途径湍流传热速率远大于层流。湍流流动中存在流体质点的随机脉动，促使流体在y方向上掺混，传热过程被强化17第三节对流传热(二)传热边界层（1）传热边界层δT壁面附近因传热而使流体温度发生变化的区域（即存在温度梯度的区域）（2）传热边界层的厚度δT将(T-TW)＝0.99(T0-TW)处作为传热边界层的界限，该界限到壁面的距离称为边界层的厚度。边界层以外的区域认为不存在温度梯度。传热过程的阻力主要集中在传热边界层内，传热阻力取决于传热边界层的厚度。18第三节对流传热(二)传热边界层流动边界

7、层厚度与传热边界层厚度间的关系取决于普兰德数PrPr＝1时，δ＝δTδ>δT温度变化主要在层流δ底层中，热阻主要集δT中在层流底层中νμcpaP==raλcp19表明分子动量传递能力和分子热量传递能力的比值。第三节对流传热三、对流传热速率(一)牛顿冷却定律dQdAT流体与固体壁面dA之间的温差，K与传热方向垂直的通过传热面dA的局部微元传热面积，m2对流传热速率，W局部对流传热系数，或称为膜系数，W/