2.2　混合體系中的傳熱

混合的目的之一是促進(jìn)傳熱:將加熱壁面附近的已被加熱的流體與遠(yuǎn)離加熱面的冷流體快速交換,即冷熱流體間的混合,這是界面或相間傳熱的重要條件;而流體主體相內(nèi)的混合,才能使流體內(nèi)部溫度均勻,便于控制反應(yīng)流體更接近于最佳反應(yīng)條件。因此,混合設(shè)備內(nèi)的熱量傳遞問(wèn)題也是與混合技術(shù)攸關(guān)的重要研究課題。

混合強(qiáng)化傳熱的最終標(biāo)志是傳熱系數(shù)的提高,因此實(shí)驗(yàn)測(cè)定傳熱系數(shù)h或傳熱努塞爾數(shù)(Nu=hd/α)是最經(jīng)典和直接的方法。混合使被加熱流體側(cè)的流體溫度下降,因此測(cè)量流場(chǎng)中關(guān)鍵點(diǎn)的溫度也能間接地指示混合效果的好壞。在流體中摻入對(duì)溫度敏感的示蹤劑,更可以直接觀察流場(chǎng)的溫度分布,但這些示蹤劑的適用溫度范圍一般都比較窄,應(yīng)用場(chǎng)合受到限制。

同樣,數(shù)值模擬技術(shù)也用于研究流場(chǎng)中的熱量傳遞。在已經(jīng)通過(guò)數(shù)值模擬得到流場(chǎng)分布之后,基于能量守恒方程:

+=+S_h(2.6)

+Δ·(uT)=Δ·+S_h(2.7)

來(lái)求解流場(chǎng)中的溫度T的分布。式中,κ_eff為流體的有效熱傳導(dǎo)系數(shù);S_h為流場(chǎng)中熱源的強(qiáng)度。對(duì)湍流流場(chǎng)和多相混合物中的傳熱問(wèn)題,模型方程中還有更多的修正。更多內(nèi)容可參考傳熱學(xué)和計(jì)算傳熱學(xué)的專著(陶文銓,2001)。