传热学上海通大学凝结与沸腾换热.ppt

第六章 凝结与沸腾换热 如图， 由热平衡， 所以 5 影响膜状凝结的因素 工程实际中所发生的膜状凝结过程往往比较复杂，受各种因素的影响。 1. 不凝结气体 6. 管内冷凝 此时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。 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。 勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算： §6-6 影响沸腾换热的因素 沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素也最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响因素也只针对大容器沸腾换热。 1 不凝结气体 对膜状凝结换热的影响？ 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，因自然对流换热时， ，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时，表面传热系数会明显地随液位的降低而升高(临界液位)。 见p.183 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得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就现有的成果表明，从0.1 ~ 100?9.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热规律没有影响，但对自然对流换热有影响，由于 ？ 因此，g ? ? Nu ? ? 换热加强。 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，因此，凹坑多，汽化核心多，换热就会得到强化。近几十年来的强化沸腾换热的研究主要是增加表面凹坑。目前有两种常用的手段：(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。 作业： 6－21, 6－37 6－39 Quick Review 凝结换热 凝结换热中的重要参数 汽化潜热 r 蒸汽的饱和温度与壁面温度之差（ts - tw） 特征尺度 其它热物理性质，如动力粘度、导热系数、比热容等 凝结换热的关键点 凝结可能以不同的形式发生 冷凝物相当于增加了热量传递的热阻 层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式 影响膜状凝结换热的因素 会分析竖壁和横管的换热过程，及Nusselt膜状凝结理论 Quick Review 沸腾换热 沸腾换热的关键点 沸腾和沸腾换热的定义 沸腾换热的分类及各自的物理意义 水的大容器饱和沸腾曲线 影响沸腾换热的因素 沸腾换热的计算及相关实验关联式的适用范围 虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热属于膜状凝结，因此，教材中稍微详细地介绍了膜状凝结。 8）液膜表面平整无波动=层流 此后，各种修正或发展都是针对Nusselt分析的限制性假设而进行了，并形成了各种实用的计算方法。所以，我们首先得了解Nusselt对纯净饱和蒸汽膜状凝结换热的分析。 上图中给出的只是边界层，并不是液膜，所以，虽然蒸汽静止，但边界层外液膜流体的速度并不为零 Ga：伽利略数 只有两个未知量，不需要连续方程即可求解，因此，删掉连续方程 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，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。 珠状凝结: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） 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。质量含量占1%的空气，能使表面传热系数降低60%，后果是很严重 2. 蒸气流速 流速较高时，蒸气流对液膜表面产生不能忽略的粘滞应力。 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。 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，并使高温表面冷却的一种过程 c 过冷沸腾：指液体主流尚未达到饱和温度，即处于过冷状态，而壁面上开始产生气泡，称之为过冷沸腾 d 饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度，而壁面温度高于饱和温度所发生的沸腾，称之为饱和沸腾 我们这本书仅介绍大容器的饱和沸腾 克拉贝隆方程 * * 0 问题的提出 相变换热的特点：伴随潜热释放和相变