传热学第九章相变对流换热 3
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传热学第九章
角系数的完整性
9－1 辐射传热的角系数
（3）角系数的可加性
从表面1上发出而落到表面2上的总能量，等于落到表面2上 各部分的辐射能之和，于是有
注意，利用角系数可加性时，只有对角系数符号中第二个角码 是可加的，对角系数符号中的第一个角码则不存在类似的关系。
9－1 辐射传热的角系数 3. 角系数的计算方法
试计算： （1）板1的自身辐射； （2）板1的有效辐射； （3）板1的投入辐射； （4）板1的反射辐射； （5）板1，2的净辐射换热量。
§ 9-4 气体辐射的特点及其计算
辐射性气体： 具有发射和吸收辐射能的能力的气体。
工业上常见的温度范围内 常见的辐射性气体： 二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及 结构不对称的双原子气体（一氧化碳）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤
9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤
3. 求解代数方程组，计算各表面的有效辐射。
例如
已知三个表面温度T1, T2, T3；以及 A1, A2, A3, ε1, ε2, ε3, X1,2, X1,3, X2,3。
确定每个表面的有效辐射J1, J2, J3和 净辐射热量Φ1, Φ2, Φ3。
81
9.6 综合传热问题
82
9.6 综合传热问题
83
9.6 综合传热问题 解：
求解的结果为，
这样的测量误差在工业上是可以接受的。
84
85
9.6 综合传热问题 辐射传热系数
86
第9章 测试题
• 试述气体辐射的基本特点，气体能当做灰体来处 理吗？请说明原因。（2003年，华电，15分）
• 两块平行放置且相互靠得很近的灰体平壁，它们 的黑度均为0.8，壁1和2的温度分别为400和30℃ ，试计算壁2的（1）辐射换热量；（2）本身辐 射；（3）有效辐射。（ 2003年，华电，15分）
9－1 辐射传热的角系数
（3）角系数的可加性
从表面1上发出而落到表面2上的总能量，等于落到表面2上 各部分的辐射能之和，于是有
注意，利用角系数可加性时，只有对角系数符号中第二个角码 是可加的，对角系数符号中的第一个角码则不存在类似的关系。
9－1 辐射传热的角系数 3. 角系数的计算方法
试计算： （1）板1的自身辐射； （2）板1的有效辐射； （3）板1的投入辐射； （4）板1的反射辐射； （5）板1，2的净辐射换热量。
§ 9-4 气体辐射的特点及其计算
辐射性气体： 具有发射和吸收辐射能的能力的气体。
工业上常见的温度范围内 常见的辐射性气体： 二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、甲烷、氟里昂等三原子、多原子及 结构不对称的双原子气体（一氧化碳）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤
9.3.2 多表面封闭系统网络法求解的实施步骤
3. 求解代数方程组，计算各表面的有效辐射。
例如
已知三个表面温度T1, T2, T3；以及 A1, A2, A3, ε1, ε2, ε3, X1,2, X1,3, X2,3。
确定每个表面的有效辐射J1, J2, J3和 净辐射热量Φ1, Φ2, Φ3。
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9.6 综合传热问题
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9.6 综合传热问题
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9.6 综合传热问题 解：
求解的结果为，
这样的测量误差在工业上是可以接受的。
84
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9.6 综合传热问题 辐射传热系数
86
第9章 测试题
• 试述气体辐射的基本特点，气体能当做灰体来处 理吗？请说明原因。（2003年，华电，15分）
• 两块平行放置且相互靠得很近的灰体平壁，它们 的黑度均为0.8，壁1和2的温度分别为400和30℃ ，试计算壁2的（1）辐射换热量；（2）本身辐 射；（3）有效辐射。（ 2003年，华电，15分）
传热学第九章优秀课件
在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，现 在来看图9-13中微元换热面dA一段的传热。温差为：
t th tc d t d th d tc
在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:
1 ho d o 2
Φ l(t fi t fo ) (do2 )
d
ddo2
l(t fi (d
t o2 )
fo )
2
1
22d
o
2
1 h2do22d Leabharlann ddo2do222
h2
dcr
or
Bi do2h2 2
2
可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是 极小值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也 就是说，do2在do1 ~ dcr之间，是增加的，当do2大于dcr时， 降低。
(4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清 洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。
(5) 螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成， 有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。
4 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差 传热方程的一般形式：
ho oAo(two tfo )
肋面总效率
o
(A1
f
Ao
A2)
hi1Ai tf1A i tf2 ho1oAo h 1iA i(tf 1 htofA 2oi)Ao
定义肋化系数：Ao Ai
则传热系数为
k
1
1
1
hi hoo
所以，只要o 1就可以起到强化换热的效果。
4 带保温层的圆管传热——临界热绝缘直径
(3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其 主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管 束式、管翅式和板翅式三种。
传热学课件第九章相变换热
（1）如果蒸气过热，式中的汽化潜热改为 r = r + 0.68 cpl ( tsat－tw )。 （2）如果竖壁与垂直方向的夹角为 ，式中的 重力加速度g改为gcos 。
为判断凝结液膜的流态，引进凝结液膜的雷诺数
Rec
um l d e
l
4 um l
l
4qm, L
l
式中，um 为底部凝液的平均速度；
• • • • • • •
重点与难点
重点： 1. 大竖壁上的膜状凝结换热。 2. 影响凝结换热的主要因素及强化措施。 3. 大空间饱和沸腾曲线、临界热流密度。 难点： 1. 竖壁上的膜状凝结换热分析解法 2. 饱和沸腾曲线的理解
内容精粹
§1 大容器沸腾换热
§2 管内沸腾换热
§3 凝结换热
3 l
1/ 4
该式即为竖壁稳态层流膜状凝结时的努塞尔理论解。
定性温度：除汽化潜热 r 按饱和温度取值以外， 其它参数都按液膜的算术平均温度 tm＝(tsat+ tw)/2 取 值。
适用条件：研究证明，如果满足
Ja
c pl (tsat tw ) r
0.1, 1 Pr 100
研究证明，如果满足Ja <0.1和1<Pr <100，上式 的误差将低于3％。 Ja 称为雅各布（Jacob）数，表 示凝结液的显热与潜热之比。 对努塞尔理论解的修正：
g l ( l v ) r hx 4l (tsat tw ) x
3 l
1/ 4
ห้องสมุดไป่ตู้
若冷凝温差tsat-tw等于常数，沿竖壁积分即可得出 高L的整个壁面的平均表面传热系数
为判断凝结液膜的流态，引进凝结液膜的雷诺数
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l
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式中，um 为底部凝液的平均速度；
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重点与难点
重点： 1. 大竖壁上的膜状凝结换热。 2. 影响凝结换热的主要因素及强化措施。 3. 大空间饱和沸腾曲线、临界热流密度。 难点： 1. 竖壁上的膜状凝结换热分析解法 2. 饱和沸腾曲线的理解
内容精粹
§1 大容器沸腾换热
§2 管内沸腾换热
§3 凝结换热
3 l
1/ 4
该式即为竖壁稳态层流膜状凝结时的努塞尔理论解。
定性温度：除汽化潜热 r 按饱和温度取值以外， 其它参数都按液膜的算术平均温度 tm＝(tsat+ tw)/2 取 值。
适用条件：研究证明，如果满足
Ja
c pl (tsat tw ) r
0.1, 1 Pr 100
研究证明，如果满足Ja <0.1和1<Pr <100，上式 的误差将低于3％。 Ja 称为雅各布（Jacob）数，表 示凝结液的显热与潜热之比。 对努塞尔理论解的修正：
g l ( l v ) r hx 4l (tsat tw ) x
3 l
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ห้องสมุดไป่ตู้
若冷凝温差tsat-tw等于常数，沿竖壁积分即可得出 高L的整个壁面的平均表面传热系数
杨世铭《传热学》考研考点讲义
㊀３
辐㊀射㊀传㊀热
一 热辐射的基本概念 １ ． 电磁波谱 ２ ． 吸收、 反射、 透射 ３ ． 黑体的概念和作用 ４ ． 黑体辐射的基本定律 Ｓ ｔ ｅ ｆ ａ ｎ － Ｂ ｏ ｌ ｔ ｚ ｍ ａ ｎ ｎ 定律 Ｐ ｌ ａ ｎ ｃ ｋ 定律㊀㊀㊀ Ｗｉ ｅ ｎ 位移定律 Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ 定律 ５ ． 实际物体的辐射吸收特性 漫射表面 灰体的概念 基尔霍夫定律 实际物体表面简化的可行性 ６ ． 温室效应 二 辐射传热的计算 １ ． 角系数 ２ ． 投入辐射、 有效辐射 ３ ． 任意两表面之间辐射传热 ４ ． 多表面系统辐射传热 表面辐射热阻和空间辐射热阻 画网络图的方法 表面净辐射传热量和任意两表面之间的辐射传热量 两种特殊情形 黑体、 重辐射面 ５ ． 遮热板 遮热板的工作原理 遮热板的应用： 如何进一步提高遮热板的遮热效果， 提高测温精度
换㊀热㊀器
一 传热过程的分析和计算 传热过程 总传热系数
㊀４
杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路
①传热过程的辨析 圆筒壁 ＼ 肋壁的传热 ②总传热系数的计算㊀㊀ 通过平壁 ＼ 强化传热的突破口㊀㊀ 强化传热应从热阻最大的环节入手 临界热绝缘直径 二 换热器的型式及平均温差 换热器的定义、 型式、 特点 简单顺流和逆流的平均温差的计算 简单顺流和逆流的定性温度分布 其它复杂流动布置的平均温差的计算 三 换热器的热计算 设计计算和校核计算 利用平均温差法进行换热器的设计计算 ①所依据的方程㊀㊀ ②步骤 １ ． Ｔ Ｕ法 －Ｎ ①有关概念㊀㊀㊀ ②与平均温差法比较 ２ ． 污垢热阻 二、 杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路课程安排 第一章 概论— — —１讲 第二章 稳态热传导— — —３讲 第三章 非稳态热传导— — —２讲 第四章 热传导问题的数值解法— — —２讲 第五章 对流传热的理论基础— — —２讲 第六章 单相对流传热的实验关联式— — —２讲 第七章 相变对流传热— — —２讲 第八章 热辐射基本定律和辐射特性— — —２讲 第九章 辐射传热的计算— — —２讲 第十章 传热过程分析与换热器的热计算— — —２讲 第十一章 传质学简介 三、 考试题型 名词解释 如： １ ． 大容器沸腾； ２ ． 流动边界层； ３ ． 辐射传热； ４ ． 传热过程； ５ ． 稳态温度场； 填空 如： 第一类边界条件是㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
辐㊀射㊀传㊀热
一 热辐射的基本概念 １ ． 电磁波谱 ２ ． 吸收、 反射、 透射 ３ ． 黑体的概念和作用 ４ ． 黑体辐射的基本定律 Ｓ ｔ ｅ ｆ ａ ｎ － Ｂ ｏ ｌ ｔ ｚ ｍ ａ ｎ ｎ 定律 Ｐ ｌ ａ ｎ ｃ ｋ 定律㊀㊀㊀ Ｗｉ ｅ ｎ 位移定律 Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ 定律 ５ ． 实际物体的辐射吸收特性 漫射表面 灰体的概念 基尔霍夫定律 实际物体表面简化的可行性 ６ ． 温室效应 二 辐射传热的计算 １ ． 角系数 ２ ． 投入辐射、 有效辐射 ３ ． 任意两表面之间辐射传热 ４ ． 多表面系统辐射传热 表面辐射热阻和空间辐射热阻 画网络图的方法 表面净辐射传热量和任意两表面之间的辐射传热量 两种特殊情形 黑体、 重辐射面 ５ ． 遮热板 遮热板的工作原理 遮热板的应用： 如何进一步提高遮热板的遮热效果， 提高测温精度
换㊀热㊀器
一 传热过程的分析和计算 传热过程 总传热系数
㊀４
杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路
①传热过程的辨析 圆筒壁 ＼ 肋壁的传热 ②总传热系数的计算㊀㊀ 通过平壁 ＼ 强化传热的突破口㊀㊀ 强化传热应从热阻最大的环节入手 临界热绝缘直径 二 换热器的型式及平均温差 换热器的定义、 型式、 特点 简单顺流和逆流的平均温差的计算 简单顺流和逆流的定性温度分布 其它复杂流动布置的平均温差的计算 三 换热器的热计算 设计计算和校核计算 利用平均温差法进行换热器的设计计算 ①所依据的方程㊀㊀ ②步骤 １ ． Ｔ Ｕ法 －Ｎ ①有关概念㊀㊀㊀ ②与平均温差法比较 ２ ． 污垢热阻 二、 杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路课程安排 第一章 概论— — —１讲 第二章 稳态热传导— — —３讲 第三章 非稳态热传导— — —２讲 第四章 热传导问题的数值解法— — —２讲 第五章 对流传热的理论基础— — —２讲 第六章 单相对流传热的实验关联式— — —２讲 第七章 相变对流传热— — —２讲 第八章 热辐射基本定律和辐射特性— — —２讲 第九章 辐射传热的计算— — —２讲 第十章 传热过程分析与换热器的热计算— — —２讲 第十一章 传质学简介 三、 考试题型 名词解释 如： １ ． 大容器沸腾； ２ ． 流动边界层； ３ ． 辐射传热； ４ ． 传热过程； ５ ． 稳态温度场； 填空 如： 第一类边界条件是㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
传热学(第9章--对流换热)
— —
横向节距 纵向节距
23
9-3 流体有相变时的对流换热
一、凝结换热
1.特点：
——蒸汽和低于饱和温度的冷壁面相接触时会发 生凝结换热，放出凝结潜热。（如电厂中：凝汽 器和回热加热器内，管外蒸汽与管外壁的换热）
➢两种凝结方式：根据凝结液体依附在壁面上的形
态不同分.
tw ts
1）膜状凝结：凝结液体能润湿壁面，
腾换热设备安全经济的工作区为泡态沸腾区。
34
炉内高热负荷区水冷壁沸腾换热的强化
35
各种对流换热比较
液体对流换热比气体强；
对同一种流体，强制对流换热比自然对流换热强；
紊流换热比层流换热强；横向冲刷比纵向冲刷强；
有相变的对流换热比无相变换热强。
表9-5 各种对流换热平均换热系数的大致范围
换热系数 α[w/(m2.K)]
二是在蒸汽中混入油类或脂类物质。对紫铜管进行表面改 性处理，能在实验室条件下实现连续的珠状凝结，但在工 业换热器上应用，尚待时日。
26
2.影响蒸汽膜状凝结换热的因素：
（1）蒸汽中含有不凝结气体的影响 ➢ 蒸汽中含有不凝结气体（如空气）时，即使含量极微，
也会对凝结换热产生十分有害的影响。不凝结气体将会在 液膜外侧聚集而形成一层气膜，使热阻大大增加，从而恶 化传热。
21
（1）管束排列方式的影响
s1
s1
s2
顺排
s2
叉排
叉排：换热系数大，但流动阻力大. 顺排：换热系数小，但流动阻力小.
22
s1
s1
s2
s2
顺排
叉排
（2）流动方向上管排数的影响
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均换热系 数的影响直到20排以上的管子才能消失。
传热学 第9章-传热过程分析和换热器计算
第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式 t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，o C ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =1 m 2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
传热学相变对流传热
水冷壁中的传热恶化 （1）第一类传热恶化：在热负荷较高、管内质量含汽率较低的情况下， 由核态沸腾转变为膜态沸腾的传热恶化。通常发生在亚临界压力下。
（2）第二类传热恶化：发生在热负荷较低、管内质量含汽率很高的情况 下。管子内壁上水膜因蒸发或被汽流撕破而消失，从而管壁直接与蒸汽 接触，即蒸干，称为第二类传热恶化。 抑制和推迟方法 （1）内螺纹管；（2）适当提高管内质量流速
(3) 易形成气化核心的位置
壁面上的凹穴和裂缝
原因
• 受热面积大 • 易残留气体
➢管内沸腾影响因素
含气量、质量流率和压力
流动类型 换热类型
• 单相流 • 单相对流换热
• 泡状流 • 过冷沸腾
• 块状流 • 环状流 • 单相汽
• 核态沸腾 •液膜对流沸腾 • 湿蒸汽换热 • 过热蒸汽换热
蒸干：液膜消失
加热壁面沉浸在有自由表面液体中所发生的沸腾
加热表面
2. 沸腾传热分类 ➢ 根据流体运动的动力：
管内沸腾——外加压差作用 液体在外力的作用下，以一定的流速流过壁面时所
发生的沸腾换热。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
Liquid Bubble Slug
Annular
Mist
32
1/ 4
rg l l
h 1.13 L(t t ) q
h(ts
tw
)
1.13
rg3l l2 l L
1/ 4
l
(ts
tw
s
)3/ 4
w
➢严重性：1% 的不凝结气体能使 h降低 ~ 60% ➢凝汽器工作中，排除不凝结气体是保证设计能力的关键
➢ 蒸气流速——改变液膜厚度
传热学知识点
传热学主要知识点1. 热量传递的三种基本方式。
热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。
2．导热的特点。
a 必须有温差；b 物体直接接触；c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；d 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。
3.对流（热对流）(Convection)的概念。
流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。
4对流换热的特点。
当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层5.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。
h 是对流换热系数单位 w/(m 2 k) q ''是热流密度（导热速率），单位(W/m 2) φ是导热量W6. 热辐射的特点。
a 任何物体，只要温度高于0 K ，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。
7.导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。
导热系数：表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。
表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。
影响h 因素：流速、流体物性、壁面形状大小等传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。
(w))(∞-=''t t h q w 2/)(m w t t Ah A q w ∞-=''=φ第一章 导热理论基础1傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的意义。
傅立叶定律（导热基本定律）：dx dT k q x ∂∂-='' )(zT y T x T k T k q ∂∂+∂∂+∂∂-=∇-=''k j i T(x,y,z)为标量温度场nT k q n ∂∂-='' 圆筒壁表面的导热速率drdT rL k dr dT kA q r )2(π-=-= 垂直导过等温面的热流密度，正比于该处的温度梯度，方向与温度梯度相反。
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水——研磨后 的不锈钢
水——抛光的 不锈钢
2019/6/16
0.0080 50% KOH—— 铜 0.006
第九章 相变对流换热
CWL 0.0133 0.027 0.010 0.0054 0.0027
15
水的表面张力
饱和温度 （℃）
0
20
40
60
80
100
表面张力 （mN/m）
75.6
72.8
69.6
66.2
62.6
58.86
饱和温度 （℃）
150
200
250
300
350
374.15
2019/6/16
第九章 相变对流换热
表面张力 （mN/m）
48.7 37.8 36.2 14.4 3.8
0
16
2、大容器内沸腾的临界热流密度
qmax
24
1
r V2
g
L V
1
面（如加肋片）来提高每根热管的换热量
从而缩小体积，提高效率。
2019/6/16
第九章 相变对流换热
42
(3) 冷、热流体用隔板严密隔开，可 以消除两种流体互相泄漏的现象。即使热 管有一端破裂，也不会使冷热流体相互串 通。
(4) 每根热管都是独立的，并可拆卸 ，这就十分易于检修和更换。
2019/6/16
第九章 相变对流换热
43
2、热管式空气预热器
热管式空气预热器，有利于解决磨、腐、堵、 漏等难题。这是因为：
（1）热管在烟气侧的管壁温度是均匀的。 （2）如果管壁温度高于酸露点和水蒸气露点， 则附着于管外表面的烟气呈干燥而疏松状态。 （3）热管式空气预热器的结构本身保证了漏 风系数为零。 （4）热管式空气预热器可减小磨损。
2019/6/16
第九章 相变对流换热
29
如图：
De 4A 4
P
Re x
4 ux L L
4M
M—通过x截面的凝液的质量流量
Re x
4hLts
r
tw
L—竖壁高度
横管外凝结 将L改为圆周长d
2019/6/16
第九章 相变对流换热
30
层流到湍流的转折点
竖壁凝结 ： Rec 1800
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21
第三节 凝结换热
一、膜状凝结和珠状凝结 二、液膜流动状态及其对换热的影响 三、膜状凝结时的换热计算 四、影响凝结换热的因素
2019/6/16
第九章 相变对流换热
22
一、膜状凝结和珠状凝结 （a）膜状凝结：
≤90°
（b）珠状凝结：
＞90°
2019/6/16
第九章 相变对流换热
23
二、液膜流动状态及其对换热的影响
第九章 相变对流换热
25
2、水平管外的凝结换热计算
蒸汽在水平圆管外的膜状凝结一般为层流
1
h
0.729
L
gr
2 3
LL
D( ts t
w
4
)
D 为圆管外径
2019/6/16
第九章 相变对流换热
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一根管径为d，高为L的圆管，其水平放置
和竖直放置的换热系数之比为
1
hH hV
应的过热度为临界过热度 tC 50C 。
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（3）过渡沸腾区
tC t tD （tD 150 ℃ ）时部分壁 面交替地为汽膜所覆盖，h和q下降，汽膜的形 成和破裂很不稳定，本区域属于核态沸腾和膜 态沸腾同时并存的过渡沸腾。
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化的措施。
4. 了解蒸汽凝结的条件、基本方式及特点。
5. 掌握竖壁上膜状凝结换热计算方法。
6. 掌握影响凝结的主要因素。
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第一节 大容器沸腾换热
一、沸腾的基本概念 二、大容器沸腾曲线 三、大容器内沸腾换热计算
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一、沸腾的基本概念 1. 定义 液体在其所包容的壁面上由于吸热而被 汽化的过程称为沸腾。
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（4）稳定膜态沸腾区
t tD 时汽泡迅速形成并结合，壁面
全部被汽膜覆盖，因汽膜外表面的波动和膜
内辐射作用逐步增强，h和q又随 t 的增大而
迅速上升 。
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三、大容器沸腾换热计算
1、大容器饱和核态沸腾
(1) 针对一种液体的计算公式
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4. 分类
大容器沸腾：换热面沉浸在具有自由汽液两相 分界表面的液体中所进行的沸腾
管内沸腾：流体受迫流过加热面所进行的沸腾
饱和沸腾：液体的整体温度超过相应压力下的 饱和温度
过冷沸腾：液体的整体温度低于相应压力下的 饱和温度
注意：饱和沸腾时汽泡不仅在加热表面生
成，而且在液体内部也能产生。
蒸汽中含油，沉积在壁面上形成油垢，增加了
热阻，h降低。
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第四节 传热系数的计算
热流体通过固体壁面把热量传给冷 流体，称为传热过程。它实际上是一种 复合的换热过程。
在讨论完导热、对流换热及辐射换 热后，对于复杂的传热过程进行热计算， 首要的是确定传热过程的传热系数 K。
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二、大容器沸腾曲线
稳定膜 态沸腾
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（1）自然对流沸腾区
壁面过热度小时（ t 4 ℃）沸腾尚未开始，
换热服从单相自然对流规律。
（2）核态沸腾区
①开始阶段，汽化核心产生的汽泡互不干 扰，称为孤立汽泡区；
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【例9-1】
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第二节 管内沸腾
一、管内沸腾的几个区域 二、管内沸腾换热的恶化 三、防止沸腾恶化的措施
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一、管 内沸腾的几 个区域
（a）流动类型
（b）管壁温度、 流体温度变化曲 线
（c）换热系数 的变化曲线
对于水，米海耶夫推荐在压力105 ~ 4106 Pa
下
h 0.122t 2.33 p0.5
按 q ht h 0.533q0.7 p0.15
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（2）广泛适用于各种液体的计算式 罗逊瑙提出 ：
c pL t
r PrLn
CwL
q
Lr
水平管外凝结 ： Rec 3600
【例9-3】
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四、影响凝结换热的因素
1、不凝结气体的影响 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 t。
2、管子排列的影响 在排数相同时，叉排管束的平均换热系数比顺
排高，辐向排列的换热系数也比顺排高
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二、管内沸腾换热的恶化
（1）第一类沸腾传热恶化现象：当热负荷特 别高时，在核态沸腾区汽化中心密集，汽泡集合 在管壁上形成汽膜，把水与管壁隔开，管壁直接 同蒸汽接触。
（2）第二类沸腾恶化：在由环状流动向雾状流 动过渡的区域，由于水膜被蒸干或被汽流撕破，也 使管壁直接同蒸汽接触，换热系数明显下降。
2019/6/16第九章 来自变对流换热323、蒸气流速的影响 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。
4、表面状态的影响
当凝结管表面粗糙、锈蚀或积有污垢时，凝结
液膜的流动阻力增加，Re较低时，不易于凝液排
泄，加厚液膜，h可低于光滑壁的30%。Re较大
时，h可高于光滑壁。
0.729 L 4 1.13 d
若取
d 0.02m ,高度L 1m ,则 L 50 d
hH 1.7 hV
对于同一根圆管，水平放置比竖直放置时
管外凝结换热系数大，所以通常凝汽器都采用水
平布置方式 。
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3、水平管束的膜状凝结
1
h
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二、热管换热器及其在火电厂锅炉上 的应用
1、热 管换热器
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热管换热器的主要特点：
(1) 典型的逆流换热，又因热管本身接
近于等温工作，这就使热管换热器具有较
高的换热效率。
(2) 冷、热流体的换热均是在热管外表
面进行的，所以易于在管外表面增加外延
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传热系数的大致数值范围
从气体到气体（常压） 从气体到水或高压蒸汽
从水到水 从凝结水蒸气到水 从凝结有机物蒸气到水
从油到水
10～30 10～100 1000～2500 2000～6000 500～1000 100～600
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§9-1 大容器沸腾换热 §9-2 管内沸腾换热 §9-3 凝结换热 §9-4 传热系数的计算 §9-5 热管