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2.1.2 叶片式
6个区 1. 液体从叶轮切向喷 射出去 2. 液体对筒壁冲击如 滞流 3. 筒体上部和下部角 区为位流 4. 旋转轴线的顶部和 底部也为位流 5. 筒体中心为自下而 上的圆形喷射流 6. 叶轮侧面的上下部 为两个不同高度的 环形死水区
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•单管Rev<1000时，未发现振动对传热有明显影响； 中国 南京 •当Rev=1000~2200时，且在β>70° 区域有较明显的增强；在 4的无振动时换热系数沿圆管外表面的周向 •° R e>10 90 ~120 °范围换热系数平均增大 19%，但在0°~90°平均只 分布：圆周角 β<90°时，层流边界层逐渐增厚， 增加 5.5%。 β =90 °~120°范围内形成湍流边界层，而在 增 •在R e v≥8000后，在90°~150°区域增加最大；前部和后部换热 大 β >120 °后产生流动脱离区。 强度都增加很少。 0°~90°平均值增大10%， 90°~180°平 均值增大44%。 增 大 Tu=12%, Rev=4000
• Nusselt (1916)竖直平 1/ 4 3 - g g hfg 板上的凝结模型及平 0.923 Nu L Ts - Tw 均换热系数计算公式 • 将凝结平板接地，在 附近平行地设置一个 2 E2 与高压电源相接的电 1 1 L EL g g p L - pg 极板，当电压增加到 2 2 rL rK 一定程度时，液膜溅 出液滴而使液膜变薄，在35kV电压下，氟利昂-113 凝结换热系数可增加3 的凝结换热可增加2.4倍，而 倍。 二乙醚却增加9倍。
b为拉普拉斯常数
2 b g σ为表面张力，Δ ρ
为流体与汽泡的密度差
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• 在电磁场作用下汽泡被拉长，不仅增大汽泡的表面 积，而且使边界角θ随之减小，导致脱离半径r0减 小。汽泡成长速度加快，增大脱离频率，从而提高 从泡核沸腾向膜态沸腾过渡的临界热流密度，对于 增强低沸点介质的沸腾换热具有非常重要的意义。
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较优方案： • 有电场时 α和q都增大； • 缝短适合大q； 但低q时缝长α大 • 竖缝可达较大q； 但低q时横缝α大
无电场
能源与环境学院 有电场
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3.2.3.3电磁场对凝结换热的影响
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• 圆筒形，筒壁有夹套换热器，筒高约为直 径的1~1.5倍；搅拌叶轮在液体高度的1/3处。 • 低粘度搅拌器有
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• 高粘度搅拌器有
• 对于容易与 壁面粘结的 液体，可以 在叶轮外侧 装设刮面器， 以便将液膜、 沉淀或结垢 层刮去。
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0
• 如以Tf=40℃, q=47kW/m2代入,取Re=300, 得 α/α0=2.47。 • 高频加热比工频加热的管内对流换热系数 高出一倍以上。
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• 流体中掺加磁铁粉可在Re数较大时磁场仍能强化对流换热。 • 气流掺入磁铁粉，在磁场作用下形成不规则针状肋，传热与阻 力都增大。β 为体积含量。
强化传热技术 二乙醚,7mm,310kPa,70℃
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与无电场的情况一样，清 除不凝结气体也十分重要 • Ucr为电场对凝结换热开始发 生作用的临界电压 • 有三区：
– U/Ucr<2.3为过渡区，表面张力 和液体粘性对电场有一定压抑 作用，最大2倍。 – U/Ucr=2.3~4.6为基本强化区， 基本上由电力场和重力场所控 制，斜率最大。 – U/Ucr＞4.6为缓和区，斜率有 下降趋势，横向电场力的进一 步增加已经对凝结膜在重力作 用下的降落产生一定阻碍。
2 T E w T 2T t cp
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3.2.3.1电磁场中换热增强
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• 高频电场仅对层流换热有强化作用，而对 过渡区和湍流换热没有明显的增强作用。 • 层流区换热强化比也是随着Re数的增加而 急剧下降。 0.84Re -0.32 q 0.15Tf0.35
能源与环境学院 表观努谢尔数
v π Dx
x+
M1 41 x/D
Nu a Nu m - Re Pr(Tsw - Tb )/(Tw - Tb )
强化传热技术 吸出流体近壁处温度 实际努谢尔数
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• 由于

1 v v u u - 4 xv 1 - 41 x 1 D 1 u v/ u1 v/1
10% 60%
Tu=12%, Rev=0 Tu=2%, Rev=0 Tu为流体来 能源与环境学院 流湍流度
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3.2.3 电磁场作用下的对流换热
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• 1936年Senftleben首先发表了强电场作用下气体自然 对流换热的加强； • 其后Kronig-Ahsmann的实验证明绝缘介电液体也可 用强电场来增强对流换热系数。 • 电能消耗很小，尽管所需电压很高，电流仅几μA。 • 有一定发展前途。 • 在电场作用下的流体能量方程要加上电力对流换热 项： σ－流体的电导率
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经过多孔壁有质量流过时的管内层流换热
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• 热平衡式 •得
R dTb - qw u cp cp v0 Tb - Tw 2 dx qw D Nu Tb - Tw
Re Pr R dTb - Re w Pr 2Tb - Tw dx
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f w w0 1 cos(2π f t ) f0 0.8 f 1 cos(2π f t ) 0 f0 0.8 1/ F E F 0 1 F cos(2πFz) dz


F f/f 0 , z f 0t
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第三章 对流换热的有源强化
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• 有源强化技术除了需要通常的传热介质唧送 设备外，还需要外加的机械能、电磁能或其 它动力，以便使流体产生旋转、振动或扰动。 3.1利用机械搅动加强流体与壁面间的传热 • 搅拌釜是有源强化技术中应用最广泛的一种 工艺设备。 • 化工、食品、制药、制蜡和颜料等行业
• 代入得
2 Nu 1 - Re w Pr Nu由第一本征值λ1、流体Pr和透过多孔管壁 的流体Rew所决定。
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• • • •
fRe-Rew [73]计算曲线， [69]理论解析结果 有吸出时，阻力 系数随着吸出量 增大而迅速下降； • 喷入时，阻力系 数随着喷入量增 大而缓慢增大。
套管式换热器
Ap V0 w 1 2π f R cos(2π f t ) 能源与环境学院 A V0 强化传热技术
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• 令f0为流体最大脉动流量与V0相等时的脉动频率：
• 管内流速 • 换热强化比
V0 f0 2πAp R
• 换热强化比 的时间平均值 其中
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• 有质量吸出时， 速度剖面变瘦； 但温度剖面变胖。 • 有质量喷入时温 度剖面变瘦。
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• 不同Pr数时管 内层流换热系 数： • 有吸出时,Nu数 随吸出量增大 而迅速增大； 且Pr越大越明 显。 • 有喷入时, Nu 数随喷入量增 大而逐渐减小； 且Pr越大越明 显。
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平板与液体之 间的电位差 中国 南京
• 热流密度的简化式：
π qcr g g 24
蒸气的 介电常 数-密度


1/ 2
V

hfg
蒸气 膜的 厚度
液体的汽 化潜热
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汽油在加热平板上的热流密度/换热系数 • 临界热 流密度 q和换 热系数 α都随 着电场 强度E 增强而 增大。
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3.2.3.2电磁场对沸腾的影响
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• 浸泡在液体中的加热面温度超过液体的沸点时，产 生汽泡，并长大，当浮升力和周围液体运动给予汽 泡的力超过汽泡重力和表面张力时，气泡就脱离壁 面而上升。 • 汽泡脱离半径r0与它的边界角θ成正比：
r0 b
• x处Re数 Re Re1 (1- 41 x ) • x处平均Nu数
n Nu C Re1
x 0
Nu
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qm dx
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π D x T
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Nu0为无吸出的Nu值 • 换热强化比随β 增大而 增大，壁温则降低； • Re1越大，质量吸出的 强化效果就越显著。 • 当多孔管出口堵死时， 流量只能从管壁透过。 • 当从104增加到105时， 管子中部的换热强化比 由4增为8。
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