2.2　混合體系中的傳熱

混合的目的之一是促進傳熱:將加熱壁面附近的已被加熱的流體與遠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;而流體主體相內的混合,才能使流體內部溫度均勻,便于控制反應流體更接近于最佳反應條件。因此,混合設備內的熱量傳遞問題也是與混合技術攸關的重要研究課題。

混合強化傳熱的最終標志是傳熱系數的提高,因此實驗測定傳熱系數h或傳熱努塞爾數(Nu=hd/α)是最經典和直接的方法。混合使被加熱流體側的流體溫度下降,因此測量流場中關鍵點的溫度也能間接地指示混合效果的好壞。在流體中摻入對溫度敏感的示蹤劑,更可以直接觀察流場的溫度分布,但這些示蹤劑的適用溫度范圍一般都比較窄,應用場合受到限制。

同樣,數值模擬技術也用于研究流場中的熱量傳遞。在已經通過數值模擬得到流場分布之后,基于能量守恒方程:

+=+S_h(2.6)

+Δ·(uT)=Δ·+S_h(2.7)

來求解流場中的溫度T的分布。式中,κ_eff為流體的有效熱傳導系數;S_h為流場中熱源的強度。對湍流流場和多相混合物中的傳熱問題,模型方程中還有更多的修正。更多內容可參考傳熱學和計算傳熱學的專著(陶文銓,2001)。