传热学_相变对流传热.ppt

1 第 7 章 相变对流传热 7.1 凝结传热的模式 7.2 膜状凝结分析解及计算关联式 7.3 膜状凝结的影响因素及其传热 强化 7.4 沸腾传热的模式 7.5 大容器沸腾传热的实验关联式 7.6 沸腾传热的影响因素及强化 7.7 热管简介 2 第 7 章 相变对流传热 引入： 对流传热 强制对流传热 自然对流传热 凝结传热 沸腾传热 无相变 有相变 传热原理本质上不同 内容： 重点： 1. 凝结传热的模式、分析解、影响因素及强化策略 2. 沸腾传热的模式、影响因素及强化策略 3. 相变传热在热管中的应用 1. 凝结与沸腾过程的基本特点 2. 凝结传热的分析解及其应用 3. 强化凝结与沸腾传热过程的基本思想和主要的实现技术。 3 第 7 章 相变对流传热 7.1 凝结传热的模式 7.1.1 珠状凝结与膜状凝结 凝结传热 ：蒸气与 低于饱和温度 的壁面接触时的凝结方式。 膜状凝结 ：凝结液体能很好地润湿壁面，在壁面上铺展成液膜。 凝结放出的潜热必须穿过液膜才能传到冷却壁面上，液膜层 是传热的主要热阻 珠状凝结 ：当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体就在壁面上 形成小液珠。 凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上 润湿能力 比较强 润湿能力 比较差 4 第 7 章 相变对流传热 7.1.2 凝结液构成了蒸气与壁面间的主要热阻 g s w t t ? g s w t t ? 无论是膜状凝结还是珠状凝结， 凝结液体 都是构成蒸气 与壁面交换热量的 热阻载体 。 在减小凝结热阻方面， 珠状凝结 相比与膜状凝结具有很 大的 优越性 ： 1. 液珠的 直径很小 ，空出大量壁面与蒸气直接接触； 2. 液珠不断增大，会在重力作用下 滚下 ； 3. 在滚动过程中 扫除了沿途的液珠 。 4. 膜状凝结会产生 连续的液膜 ，且 厚度 随着重力 不断增大 膜状凝结的热阻通常比珠状凝结 大一个数量级 以上， 膜状凝结的表面传热系数的数量级为 “成千上万” ，而 珠状凝结的表面传热系数可以高达 几十万 ！ 5 第 7 章 相变对流传热 珠状和膜状凝结的异同： 1. 产生原因不同（液体与壁面浸润程度） 2. 换热强度不同 3. 珠状凝结不持久，工程中主要采用膜状凝结作为设计依据。 珠状凝结 的关键问题是在常规金属表面上 难 以产生与维持 ！！ 7.1.3 膜状凝结是工程设计的依据 常用蒸气在 洁净的条件 下都能得到 膜状凝结 。 实现起来较容易且计算简单，因此，采用 膜状 凝结 的计算式 作为 设计的 依据 。 强化传热的主要途径是 减薄液膜的厚度 ！！！ 6 第 7 章 相变对流传热 7.2 膜状凝结分析解及计算关联式 7.2.1 努塞尔的蒸气层流膜状凝结分析解 ( 温度、传热系数及动量分布 ) 1. 对实际问题的简化假设 努塞尔的分析是对 纯净的饱和蒸气 在 均匀壁温 的 竖直表面 上的 层流 膜状凝结 给出的 . 作出以下 8 个假设 :(1) 常物性 ;(2) 蒸气是静止的 ;(3) 液膜 的惯性力可以忽略 ;(4) 气液界面上无温度差 ;(5) 膜内温度分布是线性的 ; (6) 液膜的过冷度可以忽略 ;(7) ρ v 明显小于 ρ l ;(8) 液膜表面平整无波动。 2. 边界层方程组的简化 凝结液膜的流动和传热符合 边界层 的 薄层性质 。以竖壁的膜状凝结 为例，把坐标 x 取为重力方向。在稳态情况下， 控制方程 为： 0 ? ? ? ? ? ? y v x u 2 2 y u g dx dp y u v x u u l l l ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 y t a y t v x t u l ? ? ? ? ? ? ? ? 0 2 2 ? ? ? ? y u g l l ? ? 0 2 2 ? ? ? y t 假设 3 舍去 5-16 左方 假设 2 得 dp/dx= ρ v g 假设 7 舍去 ρ v g 假设 5 舍去 5-17