沸腾传热
传热学7-2
热管中各个传递环节的热阻分析
设热管的外径 do =25mm， 内径 di =21mm，蒸发段长度 le及冷 凝段长度 lc均为 1m，碳钢导热系数 =43.2 W/(m· K)。热量从热 流体传到冷流体的过程中各个环节的热阻如下： (1). 从热流体到蒸发段外壁的换热热阻 R1 设蒸发段外表面总表面传热系数为 ho，e，则：
D
F
A B E
6/45
三 气泡动力学简介
1 沸腾传热具有较高传热强度的原因 气泡的形成、成长、脱离壁面所引起的各种 扰动而造成的。 要进一步强化沸腾传热就要设法增加加热表 面上产生气泡的地点----汽化核心 2 汽化核心产生地点
加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心
7/45
3 加热表面上要产生气泡液体必须过热
C
D
F
A B E
t q
5/45
沸腾传热有：
（1）壁温可以控制的情况 （2）热流密度可以控制的情况
C
临界热流密度 qmax
对于依靠控制热流密度来改 变工况的加热设备（电加热器 和核反应堆），一旦热流密度 超过峰值，工况将沿qmax 虚线 跳至稳定膜态沸腾线， t 将 猛升至近1000 º C，可能导致设 备的烧毁，所以qmax亦称烧毁点。 必须严格监视并控制热流密度。
R7
1
d o l c ho,c
在 R1~R7中，属于热管内部的热阻为R2~R6，其和为 6.78 10-3 K/W。一根长2m、直径为25mm的铜棒的热阻是上述钢-水 热管的1500倍。热管的这种特别优良的导热性能又被称为“超导 热性”。
本章作业
7-5、7-8、7-21、7-24、730、7-32
沸腾传热技术在能源领域的应用
沸腾传热技术在能源领域的应用随着科技的不断进步，在能源领域，沸腾传热技术已经成为了必不可少的一种技术手段。
所谓沸腾传热就是热量通过热液体表面产生的沸腾现象向介质传递。
这种方法能够在提高能源利用率的同时，也能够提高生产效率，减少能源消耗。
本文将着重介绍沸腾传热技术在能源领域的应用。
一、沸腾传热在换热器中的应用换热器是能源领域中广泛使用的一种设备。
而沸腾传热技术在换热器中的应用也越来越多。
通过沸腾传热技术，可以极大地提高换热器的换热效率，降低能源的消耗。
另外，在太阳能热水器、电站锅炉、汽车发动机等领域中，也广泛使用着换热器。
二、沸腾传热在太阳能领域中的应用太阳能的利用是一种可持续发展的能源形式。
在太阳能的利用过程中，沸腾传热技术也扮演着重要的角色。
太阳能热水器就是一种应用沸腾传热技术的典型例子。
其工作原理是通过太阳能将水加热至一定温度，当水温达到一定程度时，水中的液体开始沸腾，从而将热量释放出来。
通过这种方式，可以将太阳能转化为电能和热能，实现太阳能利用的最大化。
三、沸腾传热在核能领域中的应用沸腾传热技术在核能领域中也有着广泛的应用。
在核电站中，沸腾传热技术可以将反应堆中的热能传递至蒸汽发生器中。
蒸汽发生器中的液体经过沸腾传热后，能够将热能转化为电能。
在核电站中，沸腾传热技术的应用可以大大提高电站的效率，也能够减少燃料的消耗。
四、沸腾传热在航空航天领域中的应用作为一种重要的先进技术，沸腾传热在航空航天领域中也有着广泛的应用。
例如在火箭发动机喷气式比冲优化、超音速输运器导热保护等方面，沸腾传热技术都有着很好的应用前景。
此外，还可以利用沸腾传热技术研究高温高压环境下材料的物理化学特性，提高航空航天技术的发展水平。
总之，沸腾传热技术在能源领域的应用非常广泛。
它可以帮助各个领域提高生产效率，减少能源消耗，从而实现节能减排的目标。
未来，随着科技的不断发展，沸腾传热技术在能源领域中的应用还将有更加广阔的前景。
7.4沸腾传热
定义： a 沸腾：工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态 的一种剧烈的汽化过程 b 沸腾换热：指工质通过气泡运动带走热量，并使壁 面冷却的一种传热方式
沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍然适用
沸腾分类
饱和沸腾 大空间沸腾
过冷沸腾
管内沸腾 饱和沸腾 过冷沸腾
t ts t ts
2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时， h (tw t f )n ，因此，过冷会强化换热。
3 液位高度
当传热表面上的液位足够高时， 沸腾换热表面传热系数与液位 高度无关。但当液位降低到一 定值(临界液位)时，表面传热 系数会明显地随液位的降低而 升高。
4 重力加速度
随着航空航天技术的进步，超重力和微重力条件下的传热规律
将同样的两滴水分别滴在温度为120℃和300 ℃的锅面上，试问哪只锅上的水先被烧干， 为什么？
大容器饱和沸腾曲线 t tw ts 0
Departure from Nucleate boiling
C E
B
Natural convection
Nucleate boiling
A
D
Transition boiling
dW 0, dV d 4 R3 , dA d 4R2 3
pv
pl
2
R
pv pl , pl ps Tv Tl Ts
大容器沸腾换热计算式
1 大容器饱和核态沸腾
影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而 汽化核心数受材料、表面状况、压力等因素的支配，所以 沸腾换热的情况液比较复杂，导致计算公式分歧较大。目 前存在两种计算是，一种是针对某一种液体，另一种是广 泛适用于各种液体的。
7.4 沸腾传热的模式
7.4 沸腾传热的模式液体的汽化（vaporization）可区分为蒸发（evaporation）和沸腾（boiling）两种。
前者指发生在液体表面上的汽化过程，后者则指在液体内部以产生汽泡的形式进行的汽化过程。
就流体运动的动力而言，沸腾过程又有大容器沸腾，又称池沸腾（pool boiling）和管内沸腾（in-tube boiling）两种。
大容器沸腾时流体的运动是由于温差和汽泡的扰动所引起的，而管内沸腾则需外加的压差作用才能维持。
本节通过大容器沸腾的介绍阐明沸腾传热的机理和基本特点，管内沸腾则留待到沸腾传热的影响因素中去介绍。
7.4.1 大容器饱和沸腾的三个区域现在来做一个观察沸腾传热现象的实验。
在盛水的烧杯中置入一根不锈钢细管，通电加热以使其表面上产生汽泡。
烧杯底下的电热器用于将水加热到饱和温度，这样在不锈钢管表面上进行的沸腾称为饱和沸腾（saturated boiling）。
随着电流密度的加大，亦即表面温度与饱和温度的温差Δt = t w - t s（称为过热度）的增加，烧杯中的水与不锈钢管表面之间的热交换会依次出现以下区域（如图7-14所示）：图7-14饱和水在水平加热面上沸腾的q~Δt曲线(p = 1.013×105Pa)（1）自然对流区：壁面过热度较小（对于水在一个大气压下的饱和沸腾为Δt < 4℃）时，壁面上没有汽泡产生，传热属于自然对流工况。
（2）核态沸腾区（nucleate boiling）：当加热壁面的过热度Δt > 4℃后，壁面上个别地点（称为汽化核心）开始产生汽泡，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称孤立汽泡区，其沸腾景象如图7-15a所示。
随着Δt进一步增加，汽化核心增加，汽泡互相影响，并会合成气块及气柱，图景如图7-15b所示。
在这两个区中，汽泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。
由于汽化核心对传热起着决定性影响，这两区的沸腾统称为核态沸腾（或称泡状沸腾）。
凝结与沸腾传热知识点总结
凝结与沸腾传热知识点总结一、凝结传热1. 基本概念凝结传热是指气体或蒸汽在与冷凝器或凝析器接触时，由于在高温高压下从气态转变为液态而释放出的潜热，使得冷却表面获得热量，达到热交换的目的。
凝结传热广泛应用于蒸汽动力设备、空调制冷系统、核电站等领域。
2. 传热机理凝结传热的机理主要包括蒸汽在冷却表面附近冷凝成液态的过程。
蒸汽接触冷却表面后，从气态开始逐渐降温，当温度降至饱和温度时，蒸汽开始冷凝成液态，同时向冷凝器表面释放潜热。
这一过程中，冷凝器表面得到了传热，达到冷却的效果。
3. 影响因素凝结传热的影响因素主要包括冷凝器表面的特性、冷却介质的流动情况、冷凝器的结构设计等。
其中，冷凝器表面的特性对传热性能影响较大，如表面粗糙度、表面材质等都会对凝结传热产生影响。
二、沸腾传热1. 基本概念沸腾传热是指在液体受热时，液体表面发生气泡并从表面蒸发的过程，通过气泡与液体间传热的方式，将热量传递给液体。
沸腾传热广泛应用于锅炉、蒸馏器、冷却设备等领域。
2. 传热机理沸腾传热的机理主要包括液体受热后，液体表面产生气泡并从表面蒸发，同时气泡与液体之间发生传热。
气泡在液体中的形成、生长、脱离和再次形成的过程构成了沸腾传热的基本机理。
3. 影响因素沸腾传热的影响因素主要包括液体的性质、加热表面的特性、液体的流动情况等。
其中，液体的性质对沸腾传热产生较大影响，如液体的表面张力、黏度、温度等都会对沸腾传热产生影响。
三、凝结与沸腾传热的比较凝结传热与沸腾传热在传热机理、应用领域等方面存在显著差异。
凝结传热是气体或蒸汽在冷却表面附近冷凝成液态，释放潜热的过程，适用于蒸汽动力设备、空调制冷系统等领域。
而沸腾传热是液体受热后，液体表面产生气泡并从表面蒸发，通过气泡与液体间传热的方式，适用于锅炉、蒸馏器等领域。
在传热特性上，沸腾传热的传热系数通常比凝结传热高，因此在某些情况下，沸腾传热更适于热交换。
此外，在应用领域上，凝结传热主要应用于蒸汽动力设备、空调制冷系统等领域，而沸腾传热主要应用于锅炉、蒸馏器、冷却设备等领域。
沸腾传热 ppt课件
影响池式沸腾的因素
系统压力 主流液体的温度（或欠热度）：欠热度对传热
强度影响很小，但对qc有显著影响，qc随欠热 度的增加而升高。 加热表面粗糙度：壁表面越粗糙，泡化空穴越 大，使泡核沸腾传热增强； 壁面方位和尺寸。 其他如液-壁接触角和液体中含不凝气体等
控制热流密度加热时大空间 饱和沸腾换热的烧毁点：
临界热流密度
C点--临界热流密度点（CHF）：标志着泡核沸 腾的上限。在C点之后由于部分加热表面被整 齐覆盖而使传热减弱。或者可能因为q的稍微 增加而导致壁温骤然增加（近1000℃），将可 能导致壁面烧毁。因此qmax亦称为烧毁点。
两种机理：1、汽泡合并；2、流体动力学不稳 定性（造成的结果都是蒸汽覆盖表面而传热恶 化）
随着q的增加，在 加热面上产生气泡， 但很快在跃离壁面 之前就被冷凝了， 在热边界层引起微 量的对流
当液体温度接近ts 时，气泡在加热面 上长大并跃离壁面， 它们升向自由表面 的过程中，被冷液 体所冷凝
当液体达到饱和温 度时，气泡将不再 在液体中凝结，而 是上升到自由表面
两种临界热流密度点（CHF）工况
TW TW TS TSUBTS Tf
大容积沸腾传热
定义:浸没在池内（大容积内）原来静止 （或流速很低）液体内的受热面上产生的 沸腾。又称池式沸腾。
当池内液体整体温度比系统压力下的饱和温度 低时的沸腾叫欠热沸腾；当池内液体处在与系 统压力相应的饱和温度时的沸腾叫饱和沸腾
饱和沸腾： tf ts，twts
，G是给定的，故易算出通道壁面温度超过液体饱和温度的起
in
➢ 当壁面温度超过饱和温度时，不会立即就形成稳定 的过冷沸腾
在液体的单相对流区与 充分发展的过冷区之间 存在一个“部分沸腾” 区
沸腾传热过程的流体力学特性及其应用
沸腾传热过程的流体力学特性及其应用沸腾传热是在高温下，液体内部产生气泡并通过气泡的形成、生长和脱落来传递热量的一种传热方式。
沸腾传热广泛应用于多个领域，包括化工、电力、核工程等。
本文将探讨沸腾传热过程中的流体力学特性以及其在工程中的应用。
一、沸腾传热的基本原理沸腾传热的基本原理是液体受热后产生气泡，在气泡形成与脱落过程中传递热量。
沸腾传热过程中的三个关键阶段是沸腾核形成、沸腾核生长和沸腾核脱落。
沸腾传热的热阻主要集中在液体与气泡的传热界面上。
这种传热方式快速高效，能够在相对较小的温差下实现大量热能的传递。
二、沸腾传热的流体力学特性1. 沸腾区域分布：沸腾过程中存在沸腾区域和非沸腾区域。
沸腾区域通常位于热源附近，而非沸腾区域则是在沸腾区域边界及其外部。
沸腾区域的形状和大小与流体特性以及热源参数有关。
2. 沸腾传热系数：沸腾传热系数是评价沸腾传热效果的重要指标。
沸腾传热系数与沸腾区域的形态、液体和热源的性质以及流体边界层的热传导等因素密切相关。
提高沸腾传热系数可以通过增加沸腾区域的表面积、增加液体活力度以及改变热源参数等途径。
3. 带泡沸腾和无泡沸腾：沸腾传热可以分为带泡沸腾和无泡沸腾两种形式。
带泡沸腾是典型的沸腾现象，气泡在液体中形成、生长和脱落。
无泡沸腾则是在微米尺度下进行，液体在高温下发生相变，形成气体通道进行热传导。
三、沸腾传热的应用1. 化工工程：沸腾传热广泛应用于化工过程中的换热设备，如蒸发器、冷凝器等。
沸腾传热可以提高换热效率，加快传热速度，提高生产效率。
此外，在化工反应器的温度控制中，沸腾传热也有重要应用。
2. 电力工程：电力发电中的锅炉中广泛采用沸腾传热方式。
燃料在锅炉内燃烧产生高温烟气，通过锅炉水管中的沸腾传热将热能转化为蒸汽，用于推动汽轮机发电。
沸腾传热的高效率和可靠性使得电力工程中广泛采用。
3. 核工程：核反应堆中的沸腾传热是核能发电的重要环节。
核燃料的分裂产生大量热能，需要通过冷却剂来控制温度。
强化沸腾传热的原则和方法
强化沸腾传热的原则和方法
沸腾传热是一种重要的热传导过程，其中包括液态变为气态的蒸发过程。
如何
有效地强化沸腾传热，在温度调节和热交换系统等四处都得到了广泛的应用。
目前，常用的方法有提高沸点，增加吸热表面积，用增压方法改善沸腾传热效果，制作陶瓷蒸发板，利用气泡的参与机理以及利用表面引发物质的效应来强化沸腾传热的技术和方法。
提高沸点是提升沸腾传热效率的基本方法，通常可以通过添加合适的溶剂来实
现这一目标，例如添加硼酸或硫酸可以提高水沸点，使沸腾传热效率有所提高。
另外，增加吸热表面积也是一种有效的提高传热效果的方法。
可以采用多维或双侧的撞击设计，增加传热表面的撞击区域，从而提高传热效率。
另外，增压的方法也可以改善沸腾传热的效果，通过把蒸发的物体的压力提高，可以有效提升沸腾传热的传热系数。
此外，增加表面引发物质可以改善沸腾传热，因为这种物质可以形成蒸汽气泡和液体表面之间的另类接触界面，从而改善沸腾传热。
同时，采用特殊膜结构的蒸发板，可以增大蒸发表面积，增强气泡现象，从而提高沸腾传热效率。
总之，强化沸腾传热的原则和方法有提高沸点，增加吸热表面积，用增压的方
法以及制作陶瓷蒸发板，利用气泡的参与机理以及利用表面引发物质的效应。
同时，可以利用多维或双侧的撞击设计，增加传热表面的撞击区域，提高沸腾传热的效率。
总之，如果综合运用上述原则和方法，将能有效地强化沸腾传热。
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沸腾传热
开放分类：物理、热量
沸腾传热
boiling heat transfer
热量从壁面传给液体，使液体沸腾汽化的对流传热过程。
化工生产中常用的蒸发器、再沸器和蒸气锅炉，都是通过沸腾传热来产生蒸气的。
类型按液体所处的空间位置，沸腾可以分为：①池内沸腾。
又称大容器内沸腾。
液体处于受热面一侧的较大空间中，依靠汽泡的扰动和自然对流而流动。
如夹套加热釜中液体的沸腾。
②管内沸腾。
液体以一定流速流经加热管时所发生的沸腾现象。
这时所生成的汽泡不能自由上浮，而是与液体混在一起，形成管内汽液两相流。
如蒸发器加热管内溶液的沸腾。
机理沸腾传热与汽泡的产生和脱离密切相关。
汽泡形成的条件是:①液体必须过热;②要有汽化核心。
这些条件是由汽泡与周围液体的力平衡和热平衡所决定的。
根据表面张力，可算出汽泡内的蒸气压力pv 为：
式中pe为周围液体的压力,忽略液柱静压时,即为饱和蒸气压ps；σ为汽液界面张力；R为汽泡半径。
由于pv>ps，汽泡内蒸气的饱和温度Tv必然大于与ps对应的饱和温度Ts。
汽泡周围的液体若要汽化进入汽泡，则它的温度Te必须大于或至少等于汽泡内蒸气的饱和温度，即Te≥Tv。
从上式可知，当R=0时，pv将趋于无限大。
因此在一个绝对光滑的平面上是不可能产生汽泡的，必须有汽化核心。
加热表面上的划痕或空穴中含有的气体或蒸气，都可作为汽化核心。
紧贴这些核心的液体汽化后，形成汽泡并逐渐长大，然后脱离表面，接着又有新的汽泡形成。
在汽泡形成与脱离表面时造成液体对壁面的强烈冲击和扰动，所以对同一种液体来说，沸腾传热的传热分系数要比无相变时大得多。
常压下水沸腾时的传热分系数一般为1700～51000W/(m2·K)。
沸腾曲线池内沸腾根据过热度（加热壁面温度TW与液体饱和温度Tm之差,ΔT=TW-Tm）的大小,分为泡核沸腾和膜状沸腾（见图）。
当过热度很小时，传热取决于单相液体的自然对流。
当过热度增大时，汽泡不断在壁面上产生，并在液体中上升和长大,这对液体对流起着显著作用,称为泡核沸腾。
此阶段中传热分系数h，随ΔT增大而明显上升。
当过热度超过某临界值时，汽泡大量产生，在壁面连结成汽膜，称为膜状沸腾。
在此阶段初期，汽膜不稳定，随时破裂变成大汽泡，离开加热面。
随过热度的增大，汽膜渐趋稳定。
由于汽膜的热导率很低，使传热分系数下降。
当过热度很大时，辐射传热起了重要作用，使传热分系数重新上升。
由于泡核沸腾具有传热分系数大和壁温低的优点，故工业设备中的沸腾传热多在此状况下进行。
影响沸腾传热的因素影响沸腾传热过程的因素很多，包括液体和蒸气的性质、加热面的表面物理性质和粗糙程度，尤其重要的是液体对表面的润湿性以及操作压力和温度差。
在泡核沸腾范围内，温度差越大，传热分系数也越大。
加热壁面粗糙和能被液体润湿时，也能使传热分系数增大。
据此，将细小金属颗粒沉积于金属板或管上，制成金属多孔表面，可使沸腾传热分系数提高十几倍至几十倍。