2.2　混合体系中的传热

混合的目的之一是促进传热:将加热壁面附近的已被加热的流体与远离加热面的冷流体快速交换,即冷热流体间的混合,这是界面或相间传热的重要条件;而流体主体相内的混合,才能使流体内部温度均匀,便于控制反应流体更接近于最佳反应条件。因此,混合设备内的热量传递问题也是与混合技术攸关的重要研究课题。

混合强化传热的最终标志是传热系数的提高,因此实验测定传热系数h或传热努塞尔数(Nu=hd/α)是最经典和直接的方法。混合使被加热流体侧的流体温度下降,因此测量流场中关键点的温度也能间接地指示混合效果的好坏。在流体中掺入对温度敏感的示踪剂,更可以直接观察流场的温度分布,但这些示踪剂的适用温度范围一般都比较窄,应用场合受到限制。

同样,数值模拟技术也用于研究流场中的热量传递。在已经通过数值模拟得到流场分布之后,基于能量守恒方程:

+=+S_h(2.6)

+Δ·(uT)=Δ·+S_h(2.7)

来求解流场中的温度T的分布。式中,κ_eff为流体的有效热传导系数;S_h为流场中热源的强度。对湍流流场和多相混合物中的传热问题,模型方程中还有更多的修正。更多内容可参考传热学和计算传热学的专著(陶文铨,2001)。