前(qián)景提要

　　此(cǐ)前已有文章(zhāng)對(duì)流體(tǐ)流(liú)動(dòng)狀態(tài)做了簡(jiǎn)單闡(chǎn)述，明確了(liǎo)流(liú)體物(wù)性及(jí)管(guǎn)道阻力會對換(huàn)熱流體(無論是冷(lěng)流體(tǐ)還是(shì)熱(rè)流體)產生(shēng)一定的流(liú)動影響(xiǎng)。有同(tóng)學肯(kěn)定不禁(jīn)想問：我是想要(yào)給(gěi)物(wù)料降(jiàng)溫(或者加(jiā)熱)，跟我(wǒ)的物(wù)料怎(zěn)麼流動有(yǒu)什(shí)麼關係呢(ní)?

　　今(jīn)天(tiān)我(wǒ)們來(lái)聊一聊(liáo)熱交換(huàn) 。

　　熱交(jiāo)換(huàn)的方(fāng)式(shì)有三種：熱傳導，熱對(duì)流(liú) 和(hé)熱(rè)輻(fú)射。

　　簡單講，熱傳(chuán)導就是冬(dōng)天手摸(mō)鐵棒，隨(suí)著(zhuó)時(shí)間(jiān)增長，冷的(dí)鐵(tiě)棒(bàng)也逐(zhú)漸熱(rè)起(qǐ)來了，跟人手(shǒu)的(dí)溫(wēn)度逐(zhú)漸一致(zhì)，並且(qiě)在手摸(mō)的區域(yù)附(fù)近逐漸(jiàn)向兩(liǎng)端都(dū)熱(rè)起來了;

　　熱對流就(jiù)是把(bǎ)冷水和(hé)熱(rè)水(shuǐ)倒(dǎo)在(zài)一起攪(jiǎo)一(yī)攪，變成(chéng)一(yī)杯溫(wēn)度上下(xià)都一樣(yàng)的(dí)水;熱輻射就是曬太陽，人既沒(méi)有(yǒu)接(jiē)觸太(tài)陽，也沒(méi)有和(hé)太陽變(biàn)成(chéng)一體，但(dàn)是我們(mén)可(kě)能(néng)感(gǎn)受到(dào)太(tài)陽(yáng)的(dí)熱。

　　由此可見，熱(rè)傳(chuán)導需(xū)要兩(liǎng)者接觸但(dàn)不混合，熱對(duì)流需(xū)要(yào)兩(liǎng)者接觸並(bìng)混(hùn)合(hé)，熱輻(fú)射不(bù)需(xū)要兩者接(jiē)觸(chù)及混(hùn)合。

逆(nì)流(liú)間壁式換熱

　　在實(shí)驗(yàn)過程(chéng)中(zhōng)，往(wǎng)往需(xū)要冷熱介質(zhì)進行熱(rè)交(jiāo)換進(jìn)行降溫(wēn)(或(huò)者加(jiā)熱)，而冷，熱(rè)兩種物流(liú)之(zhī)間並(bìng)非相(xiāng)互接觸(chù)，兩者之(zhī)間有金屬(shǔ)或玻(bō)璃或其(qí)他(tā)材質(zhì)的間(jiān)壁(bì)做分隔(gé)。因(yīn)此(cǐ)，在上述過程(chéng)中(zhōng)，冷(lěng)，熱流體各自(zì)內部存(cún)在熱對流(liú)，冷流體，間壁(bì)，熱(rè)流(liú)體(tǐ)三者兩兩接(jiē)觸(chù)的區域則為熱傳(chuán)導，整(zhěng)個(gè)過程中(zhōng)沒有熱輻射。要(yào)想冷，熱(rè)流體(tǐ)內(nèi)部(bù)的(dí)溫(wēn)度能夠快速(sù)達到一致(zhì)，那(nà)麼必(bì)然要加(jiā)大熱對(duì)流的效(xiào)率。而加強熱對(duì)流(liú)最(zuì)好(hǎo)的方式是(shì)加強流體內的湍動(dòng)能，即讓流體處(chǔ)於(yú)湍流(liú)狀態或有(yǒu)外(wài)力促(cù)使流體(tǐ)返(fǎn)混(例如攪拌(bàn))。

　　常見的兩相(xiāng)流(liú)體(tǐ)的(dí)間(jiān)壁(bì)式(shì)換(huàn)熱(rè)模(mó)式下(xià)，往往(wǎng)有兩(liǎng)相(xiāng)同方向流(liú)動的順流換熱(rè)，兩相成十(shí)字狀(zhuàng)錯(cuò)位流(liú)動(dòng)的錯流(liú)換熱和兩(liǎng)相(xiāng)相(xiāng)反(fǎn)方(fāng)向流(liú)動的逆(nì)流換熱(rè)。上述三(sān)種換熱模(mó)式下，逆(nì)流換(huàn)熱 的效率最(zuì)高(gāo)。

　　如(rú)圖1所(suǒ)示為(wéi)一個常見(jiàn)的(dí)逆(nì)流間(jiān)壁(bì)式換熱的(dí)示(shì)意圖(tú)：

怎麼知(zhī)道能量(liáng)有(yǒu)多(duō)高(gāo)呢(ní)？

　　在(zài)實際過程中，往往需(xū)要知道實際(jì)需(xū)要提供（或被移走(zǒu)）的能量有多高，基於(yú)該側的物料(liào)狀態以(yǐ)及(jí)反應熱(rè)參(cān)數或(huò)熱源參數(shù)，我們可以(yǐ)獲得(dé)總熱(rè)量，若不考(kǎo)慮反應(yīng)吸放熱(rè)及內(nèi)熱(rè)源的情(qíng)況下(xià)，那麼(mó)可以(yǐ)根據(jù)物料所需升溫（或(huò)者(zhě)降(jiàng)溫）的初始溫度和最終溫(wēn)度以(yǐ)及(jí)物(wù)料(liào)物性(xìng)，我們(mén)可以用以(yǐ)下公式(shì)計(jì)算得(dé)到熱量(liáng)：

　　其(qí)中，q：熱(rè)量，J;c：物料(liào)的比(bǐ)熱，J/(kg·K);m：物料質量(liáng)，kg;Δt：溫差(chà)，即Δt=t2-t1，°C或K。

　　將總(zǒng)換(huàn)熱量(liáng)除以預期的(dí)升(shēng)降(jiàng)溫時間(jiān)即(jí)可(kě)獲得熱功率(shuài)，若(ruò)為換熱器內的(dí)連續換熱(rè)過(guò)程，物(wù)料(liào)質量(liáng)應(yīng)為(wéi)質量流(liú)速(sù)，及kg/s，因此(cǐ)獲得的熱量(liáng)q即為換(huàn)熱功率(shuài)。對(duì)於間壁(bì)式換(huàn)熱，在計(jì)算(suàn)換熱過程(chéng)中需要考(kǎo)慮(lǜ)實(shí)際換(huàn)熱過(guò)程的換熱(rè)麵積(jī)以及(jí)傳(chuán)熱(rè)係數(shù)，因此可(kě)以(yǐ)以(yǐ)下公式計算相(xiāng)關(guān)參數(shù)。

　　其(qí)中，Q：總換熱功(gōng)率，W；K：總(zǒng)傳熱係數，W/(m2·K)；A：換熱(rè)麵(miàn)積，m2；Δtm：溫差，°C或K。

　　換熱麵積(jī)A隨著(zhuó)設(shè)備製(zhì)造(zào)完(wán)成，就已經(jīng)確定(dìng)，可以(yǐ)認(rèn)為(wéi)是定(dìng)值(zhí)；總傳熱(rè)係(xì)數K受到(dào)換(huàn)熱(rè)間壁(bì)材質，尺(chǐ)寸(cùn)及壁(bì)麵(miàn)兩側(cè)汙垢，壁麵(miàn)兩側流體(tǐ)形態的(dí)影響(xiǎng)，當兩(liǎng)側流體(tǐ)流速等確定的情況下，K也可以認為定(dìng)值(zhí)；由此(cǐ)可見(jiàn)，通過流(liú)體(tǐ)的入口溫度(dù)，拉(lā)大(dà)兩(liǎng)側(cè)溫度(dù)的(dí)溫差，即(jí)可實現(xiàn)更大的換熱(rè)量(liáng)，因(yīn)此(cǐ)可認(rèn)為(wéi) 溫差(chà) 是換(huàn)熱過(guò)程的最大驅動力也是唯一(yī)驅動(dòng)力。

總傳(chuán)熱(rè)係(xì)數(shù)K如何(hé)獲(huò)得呢(ní)？

　　大(dà)家肯定會(huì)好奇(qí)總傳(chuán)熱係數(shù)K是如何獲(huò)得的(dí)，那(nà)麼(mó)就(jiù)來(lái)具體(tǐ)看一(yī)看(kàn)：

　　其中，K：總傳(chuán)熱係(xì)數，W/(m2·K);α1：外側(cè)流體對(duì)流傳(chuán)熱(rè)係(xì)數(shù)，W/(m2·K);α2：內(nèi)側流體對流(liú)傳熱(rè)係(xì)數，W/(m2·K);λ：間(jiān)壁(bì)熱(rè)導率，W/(m2·K);b：壁厚，m。

　　由此可(kě)見，總(zǒng)傳熱(rè)係(xì)數收到兩側流體(tǐ)的對(duì)流(liú)傳熱(rè)係數，間壁熱(rè)導率和(hé)壁厚(hòu)的共(gòng)同影(yǐng)響(xiǎng)。間壁熱導率相(xiāng)對固定(dìng)，如(rú)下表(biǎo)所示(shì)有一(yī)部分常見材料(liào)的熱(rè)導率：

　　從(cóng)上(shàng)表(biǎo)可(kě)以看到，金屬材料(liào)的熱導(dǎo)率(shuài)明顯優於非(fēi)金屬(shǔ)材(cái)料(liào)，而(ér)像(xiàng)泡(pào)沫之類(lèi)的材(cái)料熱導率極(jí)差，那(nà)麼這(zhè)麼(mó)差的(dí)熱(rè)導率，它可以(yǐ)用來做什麼(mó)呢？答(dá)案是(shì)保溫。也(yě)就是說(shuō)熱導(dǎo)率高，我(wǒ)們可以用來作為導(dǎo)熱元器件(jiàn)，熱導率(shuài)低(dī)，我們可(kě)以作(zuò)為保溫材料(liào)。

對流傳(chuán)熱係(xì)數怎麼(mó)獲得？

　　熱(rè)導率(shuài)是(shì)材質物性，那麼對流傳熱係數又要(yào)如何(hé)獲得呢(ní)？對流傳(chuán)熱(rè)係數可(kě)以通過(guò)以(yǐ)下(xià)方法(fǎ)獲(huò)得：

　　其中(zhōng)：λ：流(liú)體熱(rè)導率，W/(m·K);d：流體流通的管徑，m;u：流(liú)速，m/s;ρ：流(liú)體(tǐ)密(mì)度(dù)，kg/m3;μ：流體粘度(dù)，Pa·s;cp：流(liú)體定壓(yā)熱容(róng)，J/(kg·K)。

　　綜(zōng)上(shàng)可(kě)見，流(liú)體的對(duì)流(liú)傳(chuán)熱係數與流體動(dòng)力學直(zhí)接相(xiāng)關(guān)，需(xū)要謹慎(shèn)選(xuǎn)擇合(hé)適的冷卻(què)介(jiè)質。

　　通(tōng)過上麵冗(rǒng)長(cháng)的分析，已(yǐ)經(jīng)可(kě)以核算(suàn)如何(hé)選擇一個合(hé)適的恒溫(wēn)槽以(yǐ)及如(rú)何(hé)選(xuǎn)擇(zé)一個(gè)合(hé)適(shì)的熱交換(huàn)設備。

END

　　新(xīn)芝(zhī)生(shēng)物具有完善(shàn)的(dí) 恒(héng)溫(wēn)水浴(yù)產品(pǐn) 家(jiā)族(zú)，滿足各(gè)種(zhǒng)尺寸的各(gè)種(zhǒng)熱交換設備需求，實現從小(xiǎo)試(shì)到(dào)中試(shì)到(dào)生產(chǎn)的(dí)全周期(qī)產品供應(yīng)。全新(xīn)的 DMC，HMC和DHC工(gōng)藝流程(chéng)控(kòng)溫(wēn)係列(liè)，強(qiáng)大的循(xún)環(huán)能力(lì)，充沛的加(jiā)熱，製冷(lěng)供給(gěi)，滿足(zú)中試(shì)及生產規(guī)模大(dà)型(xíng)攪(jiǎo)拌(bàn)釜(fǔ)，發酵罐，換熱(rè)器(qì)等控(kòng)溫(wēn)需(xū)求。