本书主要介绍在低于120K温度范围内出现的特殊传热问题,主要涉及空气分离装置、液化天然气系统、运载火箭推进技术的地面系统以及回热式低温制冷技术中出现的与常温传热现象不同的一系列问题;探求强化传热和节能的方法和途径;介绍低温换热设备传热设计的计算方法及示例。全书共6章,包括低温传热学基础、相变传热、低温绝热技术、传热过程中的有用功损失与熵产、低温热交换器及交变流动回热器。在内容上尽量避免与普通传热学的重复,适用于具有大专文化程度以上的从事低温工程工作的相关技术人员、管理人员和营销人员使用,也可作为研究生及高年级大学生的选修教材和参考书。

第2章 相变传热
低温流体输送系统中总是存在着来自周围环境的漏热,导致低温管道内出现两相流动的现象。在低温液体储槽的自增压系统和低温液体汽化器(蒸发器)中,也经常遇到液化气体的汽化及两相流动问题。本章将考察两相流现象中的流动机理和压降的预测方法,介绍关于池内沸腾(浸没在低温液体中的表面沸腾)和强制对流沸腾(流动通道内的沸腾)的物理学原理,考虑外部流动和内部流动的冷凝传热。*后将讨论包括固一液两相(如氢浆)的两相传热问题。
2.1 两相流动的流态
在相变传热过程中,经常会出现两相共存的流动状态,因此有必要先了解两相流的流态情况。由于多方面原因,两相流动通常比单相流动复杂得多。两相流中可能出现多种流动形式;而单相流中只会遇到层流或紊流,以及在这两种流动状态之间的过渡区。两相流中可能出现液相是层流而气相是紊流的形式,或者几种不同形式的任何一种组合。两相流中的压降和传热同时具有气相和液相的流体性质,一些情况下还包括表面张力。*后,由于传热和压降的缘故,流动形式还会沿着流动通道方向而变化。
图2—1给出了水平管中两相流的几种流态。低干度(干度是气体的质量分数)流动时,在液相中形成气泡,得到泡状流。在水平流动中,气泡往往分布在管道的上部空间。在垂直流动中,气泡则趋向遍布于液体中;在较低干度下,气泡会小而圆;在较高的干度下,气泡会出现球状顶部和扁平尾部的形状。当速度很大时,气泡流动方式经常称为泡沫流。
随着流体中气体含量的增加,水平管中的气泡会结合在一起形成断断续续的气塞,这种流动形式称为塞状流。在垂直流动中通常观察不到塞状流。
当液体和气体在水平管中低速流动时,气、液两相会分离,并且在流动过程中形成相对光滑的气、液界面,这种流动方式称为层状流。在非绝热管路中,由于气、液两相冷却速度不同,层状流会导致热应力,甚至会使管道变形弯曲。垂直流动中不会遇到层状流的情况。
随着气体速度增大,两相之间的流体切应力变得足够大,以至于液面上出现波浪,这种流动方式称为波状流。同样,垂直流动中不存在这种流动方式,因为它的存在依赖于与流动方向垂直的重力。
气体速度的进一步增加使气、液界面的波达到一定幅度,以致气泡塞以较高的速度沿着流动通道传播,这种流动方式称为柱塞流。在垂直通道里,气塞大小和管的直径差不多,气塞和管壁被一层液膜隔开。柱塞流是低温流体传输系统中不希望出现的流动模式,因为气塞在弯管处突然改变方向会导致管道发生振动。
……

第1章 低温传热学基础
1.1 热传导
1.1.1 基本控制方程
1.1.2 一维稳态导热
1.1.3 复合材料的导热
1.1.4 接触热阻
1.1.5 通过肋片的导热
1.1.6 低温下霜的性质
1.1.7 固体表面镀层的冷却
1.1.8 二维导热和三维导热
1.1.9 瞬态导热
1.1.10 低温流体储存容器的冷却
1.2 对流传热
1.2.1 控制方程
1.2.2 圆管内强迫对流传热
1.2.3 非圆管传热
1.2.4 管外强迫对流传热
1.2.5 平板自由对流
1.2.6 水平圆管自由对流
1.2.7 有限空间自然对流
1.2.8 近临界区的传热
1.2.9 近临界区的传热关联式
1.2.10 卡皮查热导
1.3 辐射换热
1.3.1 黑体辐射
1.3.2 热辐射特性
1.3.3 辐射角系数
1.3.4 两灰表面间的辐射换热
1.3.5 封闭腔的网络方法
1.3.6 液化天然气火焰辐射能
参考文献
第2章 相变传热
2.1 两相流动的流态
2.2 两相流的压降
2.2.1 洛克哈特-马蒂内利关联式
2.2.2 均匀流动模型
2.3 沸腾传热
2.3.1 池内沸腾
2.3.2 强制对流沸腾
2.4 凝结传热
2.4.1 管外凝结
2.4.2 水平管内凝结
2.5 低温冷冻
2.6 固-液(浆)流动及传热
参考文献
第3章 低温绝热技术
3.1 表观热导率
3.2 膨胀泡沫绝热
3.2.1 绝热机理及影响因素
3.2.2 典型的膨胀泡沫绝热材料
3.3 高真空绝热
3.3.1 自由分子导热
3.3.2 辐射屏
3.3.3 液氮保护屏
3.3.4 蒸汽冷却屏
3.4 粉末绝热
3.4.1 颗粒材料的热传导
3.4.2 充气粉末绝热
3.4.3 充气粉末绝热结构及计算
3.5 真空粉末绝热
3.5.1 绝热机理及计算
3.5.2 影响真空粉末绝热性能的因素
3.5.3 添加金属粉末
3.6 真空多层绝热
3.6.1 多层绝热组成特点
3.6.2 影响真空多层绝热性能的因素
3.7 低温绝热性能比较
参考文献
第4章 传热过程中的有用功损失与熵产
4.1 不可逆系统和过程中的有用功与熵产
……
第5章 低温热变换器
第6章 交变流动回热器
参考文献