CO2池沸腾换热关联式理论分析
《传热学》第7章-凝结与沸腾换热
补充例题3
v 思路： 膜态沸腾换热套用公式计算即可。
稳定的膜态沸腾时，金属丝的电流的发热量 一部分通过沸腾换热传给了水，其余部分则 使金属丝的内能增加（温度升高），这是一 个能量平衡。
补充例题3
v 解：膜态沸腾换热系数的计算套教材中的公式，略 去。结果为： h=236.70 W/(m2.℃)
每米长金属丝的传热量为:
理论解的修正
h
=
0.943
gγρ
µH (ts
2λ3 − tw
1/ 4
)
实验证实： Re < 20
时，实验结果与理论解相吻合
Re > 20 时，实验结果比理论解高20%
所以在工程计算时将该式的系数加大20%
h
=
1.13
gγρ 2λ3
µl(ts − tw
)
1/
4
定性温度
tm
传热学
第7章 凝结与沸腾换热 Condensation and boiling
简介
蒸气被冷却凝结成液体的换热过程称为凝结换热； 液体被加热沸腾变成蒸气的换热过程称为沸腾换热
——有相变的对流换热
一般情况下，凝结和沸腾换热的表面传热系数要比单相 流体的对流换热高出几倍甚至几十倍。
7-1 凝结换热现象
膜状凝结换热 的主要阻力
=
1 2
(ts
+
tw
)
其他
单根水平圆管外壁面上的层流膜状凝结换热平均表面传热系数
h=
( ) 紊流膜状凝结换热
0.729
gγρ µd ts
2λ3 − tw
1/ 4
( ) 整个垂直壁面的平均表面传热系数
第10章 相变换热
h 0.122 4 t
2.33
p
0.5
h 0.5335 q
0.7
p
0.15
4
罗森诺（W.M. Rohsenow）计算式
g ( l v ) qw l r
1/ 2
c p,l Δ t C rPrn wl l
3
Cwl 为按照加热面材质与液体种类的组合选取的经验常数， Pr 数的幂指数n 分为两种情况，可从表10–1中查取 罗森诺公式只能用于清洁表面 用该式估算热流密度时，最大的不确定度可能达到 100％
6
10.2 凝结换热
表面凝结 膜状凝结 珠状凝结 凝结形态取决于凝结液的 表面张力和它对表面附着 力的相对大小
1
7
10.2.1 竖壁层流膜状凝结理论解简介
努塞尔（W. Nusselt）理论解的基本假设： 单组分饱和纯净蒸汽 ; 常物性且温度均匀 ; 汽相宏观静止，忽略液相与汽相之间的粘性切应力; 忽略液膜惯性力，相变在汽-液交界面上;
1/ 4
除汽化潜热和汽相密度按饱和温度取值，其他都按液膜的 算术平均温度 tm＝ ( tsat + tw ) / 2 取值。 液膜必定过冷，罗森诺（W M Rohsenow）提议把汽化潜 热改为 r = r + 0.68cp l ( tsat －tw )。 若蒸汽少量过热，把过热热量加入到汽化潜热中
Rec
um l d e
l
4 u m l
l
4q m ,L
l
h ( tsat t w ) L rqm. L
4h ( tsat t w ) L Rec r l
池沸腾换热定义
池沸腾换热定义
池沸腾换热，是一种常见的热传递现象。
当我们将水加热至一定温度时，水中的分子开始快速运动，水温也随之升高。
当水温达到一定程度时，池中的水会出现剧烈的沸腾现象。
沸腾是一种液体与气体相变的过程，也是热量从液体传递到气体的方式之一。
当水温升高到一定程度时，水中的分子获得足够的能量，开始从液态转变为气态。
这个过程中，水分子迅速蒸发，并形成大量的气泡。
这些气泡不断地从液体中上升，破裂后释放出热量和水蒸汽。
池沸腾换热的过程可以用来加热和烹饪食物。
在烹饪过程中，我们通常会将水加热至沸腾状态，然后将食物放入水中，利用水中的热量来煮熟食物。
由于沸腾过程中释放出的热量大，所以煮食物的速度也很快。
除了在烹饪中的应用，池沸腾换热也在工业生产和科学研究中得到广泛应用。
比如在化工生产中，池沸腾换热可以用来加热反应物，提高反应速度。
在科学研究中，池沸腾换热可以用来研究液体的热传导性质，以及研究气泡的形成和破裂机制。
池沸腾换热是一种重要的热传递方式，它不仅可以加热食物和物体，还可以用来研究和应用于工业生产和科学研究中。
通过控制沸腾过程中的温度和压力，我们可以实现更高效的热传递，提高生产效率
和科研成果。
池沸腾换热不仅是一种物理现象，更是人们智慧的结晶，为我们的生活和工作带来了许多便利和进步。
池式沸腾曲线
池式沸腾曲线
解析：
池式沸腾就是流体在一个大容积的容器内被加热实现的沸腾，对于池式沸腾，如果把纵坐标是热流密度，横坐标是壁温与饱和温度的温差，纵坐标和横坐标均采用对数坐标可得到池式沸腾曲线，如下图所示：
液体池内沸腾曲线有3个阶段：自然对流；核状沸腾；膜状沸腾。
从图中分析：
从B点开始，发现随着气泡的生成，传热系数成十上百倍迅速增大，但是到了C点以后，传热系数不上升反而下降了。
这是因为热流密度升高到一定值以后，在壁面附近产生的大量气泡来不及扩散到主流中去从而导致加热壁面被一层汽膜所覆盖，恶化了传热，引起热流密度迅速下降，而壁温迅速上升。
此过程中所能达到的最大热流密度，就称为临界热流密度。
在AC段，形成的气泡数量迅速增加，称为泡核沸腾区，C点称为“烧毁”点，或称为偏离泡核沸腾状态。
在CD段气泡数量极多，以致在加热表面附近开始合并成团，称为局
部的膜态沸腾（或称为过渡区）。
在DC'段，加热表面上形成连续的蒸汽膜（膜态沸腾区）和表面的热辐射开始起作用（膜态和辐射区）。
CO2热泵最优排气压力理论分析与试验
基金项目：国家海水鱼产业技术体系（编号：ＣＡＲＳ ４７）；上海市科委公共服务平台建设项目（编号：２０ＤＺ２２９２２００，１９ＤＺ２２８４０００）作者简介：刘孝厅，男，上海海洋大学在读硕士研究生。
通信作者：谢晶（１９６８—），女，上海海洋大学教授，博士。
Ｅ ｍａｉｌ：ｊｘｉｅ＠ｓｈｏｕ．ｅｄｕ．ｃｎ收稿日期：２０２２ １０ １７ 改回日期：２０２３ ０２ １５犇犗犐：１０．１３６５２／犼．狊狆犼狓．１００３．５７８８．２０２２．８０９２６［文章编号］１００３ ５７８８（２０２３）０５ ００７０ ０７ＣＯ２热泵最优排气压力理论分析与试验ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｏｐｔｉｍａｌｅｘｈａｕｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅｆｏｒＣＯ２ｈｅａｔｐｕｍｐ刘孝厅１，２犔犐犝犡犻犪狅 狋犻狀犵１，２ 顾 众１，２犌犝犣犺狅狀犵１，２ 谢 晶１，２，３，４犡犐犈犑犻狀犵１，２，３，４（１．上海海洋大学食品学院，上海 ２０１３０６；２．上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，上海 ２０１３０６；３．上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海 ２０１３０６；４．食品科学与工程国家级实验教学示范中心〔上海海洋大学〕，上海 ２０１３０６）（１．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犉狅狅犱犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犛犺犪狀犵犺犪犻犗犮犲犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犛犺犪狀犵犺犪犻２０１３０６，犆犺犻狀犪；２．犛犺犪狀犵犺犪犻犘狉狅犳犲狊狊犻狅狀犪犾犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犛犲狉狏犻犮犲犘犾犪狋犳狅狉犿狅狀犆狅犾犱犆犺犪犻狀犈狇狌犻狆犿犲狀狋犘犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲犪狀犱犈狀犲狉犵狔犛犪狏犻狀犵犈狏犪犾狌犪狋犻狅狀，犛犺犪狀犵犺犪犻２０１３０６，犆犺犻狀犪；３．犛犺犪狀犵犺犪犻犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犚犲狊犲犪狉犮犺犆犲狀狋犲狉狅犳犃狇狌犪狋犻犮犘狉狅犱狌犮狋犘狉狅犮犲狊狊犻狀犵牔犘狉犲狊犲狉狏犪狋犻狅狀，犛犺犪狀犵犺犪犻２０１３０６，犆犺犻狀犪；４．犖犪狋犻狅狀犪犾犈狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾犜犲犪犮犺犻狀犵犇犲犿狅狀狊狋狉犪狋犻狅狀犆犲狀狋犲狉犳狅狉犉狅狅犱犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵〔犛犺犪狀犵犺犪犻犗犮犲犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔〕，犛犺犪狀犵犺犪犻２０１３０６，犆犺犻狀犪）摘要：目的：优化热泵系统性能，探讨二氧化碳系统在不同工况下的最优排气压力。
传热学第五章对流换热
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 §5-6 §5-7 §5-8
对流换热
Convective heat transfer
对流换热概说 对流换热的数学描写 对流换热边界层微分方程组 对流换热边界层积分方程组 相似理论与量纲分析 管内受迫流动 横向外掠圆管的对流换热 自然对流换热及实验关联式
λ ∂t 换热微分方程（描写h的本质，hx = − ∆t ( ∂y ) y =0 dA） 连续性方程（描写流体流动状态，即质量守恒） 动量微分方程（描写流动状态，即动量守恒） 能量微分方程（描写流体中温度场分布）
对流换热微分方程组 先作假设： （1）仅考虑二维问题； （2）流体为不可压缩的牛顿流体，稳定流动； （3）常物性，无内热源； （4）忽略由粘性摩擦而产生的耗散热。 以二维坐标系中的微元体为分析对象，根据热力学第一定 律，对于这样一个开口系统，有：
同理：（） dτ qm hout − qm hin ≈ ρcp (
y
H y + dy − H y =
∂t ∂v ⋅ v + ⋅ t )dxdydτ ∂y ∂y
（qm h)out − (qm h)in ∴ ∂t ∂t ∂u ∂v = ρ c p (u + v )dxdy + ρ c p t ( + )dxdy ∂x ∂y ∂x ∂y ∂t ∂t = ρ c p (u + v )dxdy (d ) ∂x ∂y
1.流动边界层（Velocity boundary layer ）
如果流体为没有粘性流体，流体流过平板时，流速在截 面上一直保持不变。 如果流体为粘性流体，情况会如何呢？我们用一测速仪 来测量壁面附近的速度分布。测量发现在法向方向上， 即y方向上，壁面上速度为零，随着y方向的增加，流速 急剧增加，到达一薄层后，流速接近或等于来流速度， 德国科学家普朗特L.Prandtl研究了这一现象，并且在 1904年第一次提出了边界层的概念。
二氧化碳跨临界循环的理论分析与研究
二氧化碳跨临界循环的理论分析与研究乔丽李树林西安建筑科技大学710055摘要：本文主要对自然工质二氧化碳的替代进行研究。
对其热力性质、循环特性进行分析研究，以求进一步完善R744循环。
关键词：自然工质跨临界循环热泵气体冷却器Theoretical Studies and analysis on Transcritical CO2 CyclesAbstract: This paper studies the CO2which one of natural refrigerant, analyzes its thermal properties, the character of CO2 cycle, to make transcritical CO2 cycle more perfectly.Keywords: natural refrigerant, transcritical system, heat pump, gas cooler1前言当前环境问题已成为一个重要的全球问题，其中臭氧层破坏和温室效应问题直接关系到人类的健康和生存，引起了人们的高度重视。
在制冷及热泵装置中广泛使用的CFCs、HCFCs工质是引起臭氧层破坏的主要原因，而且，这些工质为温室气体，已列入逐步被淘汰之列。
制冷空调行业为了适应CFCs和HCFCs制冷工质的淘汰，纷纷转轨使用HFCs，人们一直认为HFCs 是CFCs制冷工质的长期替代物。
现在《京都议定书》又将HFCs列入了温室气体清单中，要对它们的排放加以控制。
国内外制冷空调行业均在探索如何总结历史经验，寻求正确、科学地解决由于环保要求提出的制冷工质替代问题，力争少走弯路。
为了应对环保要求的挑战，在寻找、开发替代制冷工质的过程中，逐渐形成了两种替代路线：即以美国、日本为首的国家仍主张使用HFCs[1]，包括开发纯组分的新一代制冷工质或二元、三元共沸和非共沸混合物；德国、瑞士等欧洲国家主张使用自然工质，包括HCs、CO2、NH3等。
纯质制冷剂沸腾换热系数的实验关联式的比较
中 图 分类 号 ： Ｕ８ １ ６ Ｔ ３ ． 文献标识码 ： Ａ
目前各种教科 书和设 计手 册 中 ， 进行 蒸发 器设 计 时 ， 冷 很难 推荐 一个 用来 设 计 的最好 公 式。庆幸 的是 ， 在 制 很少 有 Ｈ Ｆ Ｃ Ｃ， Ｆ 所 剂沸腾侧 的换热 系数都 按不 分流 型 的平 均换 热 系数来 计算 。然 Ｈ Ｃ的满 液式蒸发器是用光管设计 的 ， 以这个 问题 至少在工业
而在实际沸腾过程 中 ， 随着 沸腾 的不断 进行 ， 冷剂 的流 动情 况 应 用 上 不 是 很 重 要 。 制 不 同 ， 于 不 同 的流 型 ， 且 壁 温 沿 程 也 有 较 大 的变 化 ， 几 方 面 １ ２ 实 验 方 面 处 而 这 ．
国外做过一些 测算沸腾换 热系数 的实验 ， 但也 主要是光管 内 的换热系数来设计蒸 发器 必然造成较 大的误差 。鉴于此 ， 采用 分 的 ， 加强管 的则很 少。且光管实验也是 在某特 定管径 、 特定 干度 、 段计算 的方法来计算局部换热 系数 。对 于纯质制冷 剂 ， 同的文 特定流量 、 不 特定沸点 下做的实验。
对 Ｒ１４ ３ ａ管 内流 动 沸腾 换 热 进 行 的 实 验 研 究 非 常 有 限。
Ｅ ｋ ｓ Ｐ ｔ 对 Ｒ１４ 和 Ｒ１ ｃｄ 和 ａｅ ３ａ ２在水 平光 滑管 内的流动凝 结 和蒸
发换热 系数进 行了实验测量 ， 实验段 长 ３ ６ 内径 ８ｍｍ， ．７ｍ， 采用 流体 加 热 和 冷却 方 式 ， 中蒸 发 温度 ５℃ ～ １ 其 ５℃ ， 量 流 速 质 １ ５ｋ ／ ｍ ・） ４ ０ｋ ／ ｍ ・） ２ ｇ （ ２Ｓ ０ ｇ （ ２ Ｓ。实验结果显 示 Ｒ１４ ３ ａ的蒸发 和 凝结换热 系数 比 Ｒ１ ２高 ３ ％～４ ％和 ２ ％～３ ％。 ５ ５ ５ ５ Ｔ ｋ ｍａｓ 等人研究 了 Ｒ１４ ，２ ， １ ａ ａ ｔｕ ３ ａＲ ２ Ｒ１４和 Ｒ ２在水平光 滑 １ 管 内的流 动沸腾换 热系数 ， 实验段 长 ６ｍ， 内径 ７ ９ｍｍ， 用流体 ． 采
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摘
要： 总结了常见 的池沸腾换热关联式 。通过对池 沸腾 换热过程分析 得 出 Ｃ Ｏ 在小热 流密度 和大 热流密度 范围下
的一种分段 的换热关联 式。将新 的拟合公式值和预测关联式值进行 比较 ， 得出Ｃ Ｏ 的拟合公 式值 与理 论关联式及 实验
拟合关联式 的预测值 的偏 差在 ４ － １ ６ ％之内 ， 具有一定 的通用 性。通过对 Ｃ Ｏ 池沸腾换热过程 的分析 ， 得出池沸腾换热的 影响 因素及其 变化 规律 ， 并总结 了常用 的强化 池沸腾换热方法 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｏ ｌ ｂ ｏ ｉ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ Ｓ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ．ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ Ｏ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｉ Ｓ ａ ｔ ．
Ｌ Ｉ Ｕ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ — ｃ ｈ ｕ ｎ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ — ｂ ｉ ｎ，ＮＩ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ｎ ｇ — ｈ ｏ ｎ ｇ
（ Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｒ ｅ ｆ ｉ ｒ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｍｍ ｅ ｒ ｃ ｅ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ １ ３ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ １ ３年第 ４ １卷第 ９期
文章编号 ： １ ０ ０ ５— ０ ３ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９— ０ ０ ８ １ —０ ６
流
体பைடு நூலகம்
机
械
８ １
Ｃ Ｏ ２池 沸 腾 换 热 关 联 式 理 论 分 析
刘圣 春 ， 刘江 彬 ， 宁静红
（ 天津商业大学天津市制冷技术 重点实验室 ， 天津 ３ ０ ０ １ ３ ４ ）
１ 引 言
可用 于 大型 的制冷 系 统 中。
由于管外 池 沸 腾 换 热计 算 关 联 式 种类 繁 多 ，
Ｃ Ｏ 由于蒸 发 压 力 高 （ ２ ． ０～６ ． ０ ＭＰ ａ ） ， 比热 以及 容 积 换热 量 大 ， 故 Ｃ Ｏ 更适 用 于小 管 径 的换 有着 不 同 的出发 点 和 适 用 范 围 ， 但 尚未 有 一 种 普
关键词 ： Ｃ Ｏ ； 池沸腾换 热 ； 关 联 式 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ２ ； Ｔ Ｂ ６ １ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５— ０ ３ ２ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９
Ｔｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｉｃ ｔ ａ ｌ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏｎ Ｃｏｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＣＯ２ Ｐｏ ｏ ｌ Ｂｏ ｉ ｌ ｉ ｎｇ Ｈｅ ａ ｔ Ｔｒ ａ ｎｓ ｆ ｅ ｒ
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