传递过程导论化工学院  孙志仁 例1-1 吊盐水 传递现象的本质 理想流体流动的机械能守恒式: 例2-2 虹吸 原理：伯努利方程    控制面：A—B Re数的物理含义： 牛顿流体： 通用速度分布：       y+ 5  ：    u+ = y+ 5  y+ 30 ：   u+ = 5.05 ln y+ - 3.05      y+  30 ：   u+ = 2.5 ln y+ + 5.5 定义： 例3-4 管内流动截面上的速度 T 时刻通过对流换热，颗粒的加热量                   Q1=hA（Tf  - T） 平壁上层流时无因次浓度分布。                          max.book118.com  圆管进口段 管内流动状态与边界层发展的关系： 层流：Le≈100D          湍流：Le≈50D  层流汇交，层流          湍流汇交，湍流 进口段：沿流动方向 ux 分布变化，中心速度加速， 　　　　边界层厚度增加直至交汇。 max.book118.com  绕球边界层分离 边界层分离条件 层流边界层分离 湍流边界层分离 失速 3.6  绕流阻力—阻力系数 max.book118.com  阻力机理 τ 摩擦阻力 DF ；与接触面有关。   p 压差（形体）阻力 Dp；与形状有关。 两者相对大小取决于： 定义： A  迎流投影面 绕球爬流（Re 1）：斯托克斯阻力定律 问题探讨 落球法测粘度 max.book118.com  阻力系数 ①.爬流区：无尾流。 例3-5 CD~Re变化曲线 ②.卡门涡街区：     尾流从稳定变为不稳定。两侧交替，对称，有周期地释放旋涡。 ③.阻力平方区：层流边界层分离，Re↑，D↑而CD不变。 ④.阻力危机区：当 Re≈3×105 时，层流边界层转变为湍流边界层分离。尾流区大幅度减小，总阻力 D↓↓，因而使 CD↓↓。 ⑤.湍流区：Re↑，CD↑。 ①.流线型     max.book118.com  减阻 ③.吹喷技术 ②.包橡皮膜    ④.加减阻剂 ⑤.人工湍流   ⑥.开缝导流         水中加5ppm的聚氧化乙烯，当Re=1×105时， 摩擦阻力系数可减小40%。 课后思考 7.流体沿平板流动，图示两种方式，哪种阻力大? 8.高尔夫球为什么是“麻子球”，而不是光滑球？ 第四章 热量传递 影响因素： ①.物性特征： ρ 、k、 CP 、μ等。       （物性是温度的函数，特性温度） ②.几何特征：尺度、形状、方位等。 ③.动力学特征：流动状态（层流、湍流）等。 4.1  传热机理 热传导，热对流，热辐射。 例4-1  热水瓶保温 例4-2  芯片散热 增大传热面积 提高传热系数 减小接触热阻 傅立叶定律 max.book118.com  热传导 qx  : 导热通量   [J/m2·s] k : 热导率   [W/m·K] : 温度梯度   [K/m] 负号表明热量由高温传向低温。 其规律符合牛顿冷却定律： 式中：h 对流传热系数 [W/m2·K]，通常由实验测定。 湍流   层流、强制对流   自然对流、相变   无相变 Q = q A =hA（TW - Tf）     流体相对于固体作宏观运动时，引起微团尺度上的热量传递。 max.book118.com  热对流 max.book118.com  热辐射 ε: 黑度，由实验测得，其值为0~1 C0: 黑体辐射系数，其值为5.67 [W/m2·K4] T: 绝对温度 [K] 防热辐射套装 4.2  管内层流换热 工业上常见的圆管加热方式有两种： ①. 恒壁温（夹套蒸气加热）TW=常数 ②. 恒热流（电加热）qW=常数 截面平均温度Tb 随 z的变化如下图： 截面的温度分布T 决定换热效果     在 dz 段上壁面处的导热速率应等于流体和壁面之间的对流换热速率。 壁面处导热速率： 对流换热速率：Q=h?2πRdz(TW-Tb)          问题探讨      圆管层流换热 细管好,还是粗管好? 对圆管层流换热 恒 TW：Nu=3.66 恒 qW：Nu=4.36 定义努塞尔数 管壳式换热器 板式换热器 4.3  间壁式换热器 工程上：Q = KAΔT 式中：K 称传热系数 强化传热途径：①增大 A，②提高ΔT，③强化 K。 例4-3  环氧树脂的加热 静态混合器 盘管加热器 课后思考 1.制皂生产中需通过加热减压蒸发将皂基中的多余水份除去。生产过程中，发现减压蒸发器出口皂基含水率升高。检查换热器，蒸汽温度不变，皂基流量和进口温度不变，只是出口温度降低。技术员怀疑是管内的传热系数变化所致。你认为呢？  4.4  绕流传热 max.book118.com  传热边界层 类似流动边界层，以T-TW=99%（T0-TW）为界线。 问题探讨 芯片冷却速率 热边界层厚度 湍流 层流 课后思考 2.用传热边界层分析圆管热进口段特点。并与流动进口段对比。 3. 图示圆管局部传热系数随z变化关系，讨论其规律。 max.book118.com  绕圆柱传热 ①．层流边界层发展，δT ↑， hθ ↓；至约81°处，边界层分离， hθ ↑；原因是旋涡冲刷表面。 ②．先是层流边界层发展, δT ↑, hθ ↓；层流→湍流， hθ ↑↑,而后湍流边界层发展,δT ↑, hθ ↓；至约130°处，湍流边界层分离，又促使hθ ↑。 hθ  随θ的变化 毕奥数 Bi   0.1     反应器中的球形催化剂颗粒体积V，表面积A，初始温度T0，通入温度为Tf  的热气流，颗粒温度将随时间升高。 简化：忽略颗粒内部导热热阻，集总参数法。 max.book118.com  小球传热 （1）  传热原理 3.2  管内层流 max.book118.com  管内层流速度分布——抛物线分布 max.book118.com  管道沿程阻力——压降 摩擦阻力系数 动量变化率： 动量守恒： 薄壳圆环微元控制体 合力： max.book118.com  管内层流速度分布——抛物线分布  积分： 边界条件：  积分： 边界条件：  速度分布： 哈根-泊谡叶方程  流量：  平均速度：  速度分布：  速度分布：     家用燃气热水器因煤气压力较小致使水温偏低，若将原有1/2英寸(内径? 15.75mm)的煤气管道用3/4英寸(内径? 21.25mm)管道替换。 试求：两种管道的流率之比。 解：设流动为层流 例3-1 煤气管道安装 max.book118.com  管道沿程阻力—压降 摩擦阻力系数 课后思考 1.管内层流截面上最大速度在何处？最大速度与截面平均速度的比值？ 2. 奥氏粘度计和乌氏粘度计测量粘度的原理？使用中应注意哪些问题？ max.book118.com  流场显示 示踪法 光学法 3.3 研究流体流动的实验方法 max.book118.com  速度测试 激光测速仪  热丝(膜)流速仪  毕托管测速  例3-2 粒子成像测速仪PIV  max.book118.com  量纲分析 物理方程量纲和谐  基本量纲 导出量纲 质量[M]、长度[L]、时间[T]等 速度[LT-1]、粘度[ML-1T-1]、力[MLT-2]等 无量纲数  雷诺数 毕奥数 等 考察对象：牛顿流体在长直光滑水平圆管       
《传递过程导论》2009.2.ppt