高教传热学第四版课件第7章

7-6 影响沸腾换热的因素
4 重力加速度 重力加速度对核态沸腾换热几乎无影响 5 沸腾表面的结构
沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心
(1) 用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物 理与化学手段在换热表面上形成多孔结构。 (2) 机械加工方法。
7-6 影响沸腾换热的因素
2 3 14
整个竖壁的平均表面传热系数：
gr l l 1 l 4 hV hx dx hx l 0.943 0 l 3 l l ts tw
2 3
14
2.推广应用 水平圆管：
gr l l hH 0.729 l d ts tw
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
忽略液膜的惯性力
u u l (u v ) 0 x y 膜内温度线性分布， 即热量转移只有导热
u v x y 0 u u dp 2u l (u x v y ) dx l g l 2 y t t 2t u x v y al 2 y
二 . 大 容 器 饱 和 沸 腾 曲 线 ：
7-4 沸腾换热现象
三. 汽化核心的分析 目前普遍认为，壁面的凹缝、裂穴最可能成为汽 化核心。这些凹穴中残留的气体（包括蒸气）， 由于液体表面张力的原因，很难彻底逐出，它们 就成为孕育新生气泡的有利场所。
7-4 沸腾换热现象
力平衡：
R2 pv pl 2 R
无波动层流
Re 20
Re
de ul

有波动层流
Re c 1600
ul 为x = l处液膜层的平均流速
de为该截面处液膜层的当量直径。
湍流
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
de 4 Ac / P 4b / b 4
Re 4 ul


4qml

h( ts tw )l rqml
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传 热系数； xc 为层流转变为湍流时转折点的高度 l 为竖壁的总高度
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
实验关联式：
Nu Ga
13Re 58Pr来自 2 s Prw Prs
14
34 Re 253 9200
Ga
2 3
14
二.湍流膜状凝结换热 对湍流液膜，除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来 传递热量外，层流底层之外以湍流传递为主，换热大 为增强
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
对竖壁的湍流凝结换热，其沿整个壁面的平均 表面传热系数计算式为：
xc xc h hl ht 1 l l
7-3 影响膜状凝结的因素
4. 液膜过冷度及温度分布的非线性 如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，用 下式代替计算公式中的 r
r r 0.68cp ts tw
5. 管子排数 沿流动方向有 n 排管应予以修正： 理论上：用 nd 代替特征长度 d ；实际上：计算结果 应大于理论结果。
第7章 相变对流传热
本章重点内容
重点内容： ① 凝结与沸腾换热机理及其特点； ② 膜状凝结换热分析解及实验关联式； ③ 大容器饱和核态沸腾及临界热流密度。 掌握内容： 掌握影响凝结与沸腾换热的因素。
了解内容： 了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展现状、动态。
7-1 凝结换热现象
一. 凝结形式
tw ts
7-4 沸腾换热现象
3.分类： （2）强制对流沸腾（管内沸腾）：流体在管 道内流动过程中产生的沸腾。
（3）过冷沸腾：液体主体温度未达到饱和温度 ，壁温高于饱和温度所发生的沸腾 （4）饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度， 壁温高于饱和温度所发生的沸腾 4.实现沸腾的条件： （1) 液体必须过热；（2）要有汽化核心。
汽泡生成的条件：
2 R pv pl
(pv–pl ),R同一加热面上，称为汽化核心 的凹穴数量增加汽化核心数增加换热增强
7-6 影响沸腾换热的因素
1. 不凝结气体 与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使 沸腾换热得到某种程度的强化 2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流 14 换热时，h ~ tw t f ，因此，过冷会强化换热。 3 液位高度 当液位降低到一定值 时，表面传热系数 会明显地随液 位的 降低而升高
g
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
一.纯净饱和蒸汽层流膜状凝结分析解 1.分析解 假定：1）常物性； 2）蒸气静止，汽液界面上无对液膜的粘滞应力； 3）液膜的惯性力忽略；
4）气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度； 5） 膜内温度线性分布，即热量转移只有导热； 6）液膜的过冷度忽略；
7）忽略蒸汽密度；
7-3 影响膜状凝结的因素
6. 管内冷凝 换热与蒸气的流速关系很大 蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气 则位于管子上半部 流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布 在管子四周，中心为蒸气核
7-3 影响膜状凝结的因素
7. 凝结表面的几何 形状 强化凝结换热的原则 是尽量减薄粘滞在 换热表面上的液膜 的厚度 可用各种带有尖峰 的表面使在其上冷 凝的液膜拉薄，或 者使已凝结的液体 尽快从换热表面上 排泄掉
t t u v 0 x y
dp V g dx
2u l 2 l g 0 y
d t 0 2 dy
2
dp 0 忽略蒸汽密度 dx
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
y 0 时， u 0, t t w 边界条件： du y 时， 0, t t s dy
2 3 14
球：
gr l l hS 0.826 l d ts tw
2 3
14
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
hH l 0.77 hV d
14
冷凝器通常采用横管布置
对于倾斜壁，则用gsin代替以上各式中的g即可 3.膜层中凝结液的流动状态
7-4 沸腾换热现象
一、沸腾换热的基本概念 1.定义： 指液体吸热后在其内部产生汽泡的汽化过程 2.特点： （1）液体汽化吸收大量的汽化潜热；（2）由 于汽泡形成和脱离时带走热量，使加热表面不断 受到冷流体的冲刷和强烈的扰动，所以沸腾换热 强度远大于无相变的换热。
3.分类：
（1）大容器沸腾（池内沸腾）：加热壁面沉 浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾称大 容器沸腾。此时产生的气泡能自由浮升，穿过 液体自由表面进入容器空间
4hl( ts t w ) Re r
对于水平管，用 r 代替上式中的 l，即为其膜层雷诺数
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
4.理论解与实验解的比较分析 修正：实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到 强化，因此，实验值比上述理论值高20％左右
gr 修正后：h 1.13 l ts tw l
膜状凝结
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
重力的作用下流动，凝结放出的汽
g 珠状凝结 化潜热必须通过液膜，因此，液膜 厚度直接影响了热量传递。
tw ts
当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁 面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面 与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜 状凝结（可能大几倍，甚至一个数量级）
gl 3
2
除 Prw 用壁温计算 t w 外，其它物理量的定性温度 为 t s ，且物性参数均是指凝结液。
7-3 影响膜状凝结的因素
1. 不凝结气体 不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱 和温度下降，减小了凝结的驱动力 2. 蒸气流速 流速较高时，蒸气流对液膜表面产生明显的粘 滞应力。 如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液 膜拉薄， h 增大；反之使 h 减小。 3. 过热蒸气 要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。
8）液膜表面平整无波动。
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
边界层微分方程组：
u v x y 0 u u dp 2u l (u x v y ) dx l g l 2 y t t 2t u x v y al 2 y
求解上面方程可得：
4l l ts tw x (1) 液膜厚度: 2 g r l
ts tw 定性温度： tm 2
14
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
gr l l (2) 局部对流换热系数： hx 4l ts tw x