7第七章 相变对流传热

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1、第13讲相变对流传热教学过程：自学、提问教学目的及要求了解相变传热模式、影响传热因素、强化方法；了解实验关联式。教学内容：膜状凝结相关概念，计算关联式，影响因素及强化传热方法；大容器沸腾传热相关概念，计算关联式，影响因素及强化传热方法。2021/6/181提纲：一、凝结传热1.现象与特点基本概念，产生条件是壁面温度<蒸气饱和温度。珠状凝结和膜状凝结的特点、热量传递规律，h珠状>>h膜状，但不能持久。2.竖壁膜状凝结分析解Nusselt分析解基于9条假设，视液膜内只有纯导热。因此要获得局部表面传热系数，只需获得该处液膜厚度。竖管与横管，h横>h竖。3.膜状凝结的工程计算流态判别(Re

2、迭代法)；关联式；注意特征长度和定性温度4.影响因素掌握膜状凝结诸影响因素，尤其是不凝性气体和蒸气流速的影响机理。2021/6/1825.凝结换热的强化当凝结热阻是传热过程主要分热阻时，强化效果较好。强化的原则是破坏或减薄液膜层，强化技术是减薄液膜厚度、加速液膜的排泄。二、沸腾换热1.特点基本概念：蒸发与沸腾，大容器沸腾与管内沸腾，饱和沸腾，过热度。汽化核心数是衡量强化沸腾的重要参数。2.大容器饱和沸腾曲线曲线形式，随着t，四个不同区域的换热规律和特点。核态沸腾是工业中理想的工作区域，其温差小，换热强。3.沸腾换热的两种加热方式控制壁温(改变壁温tw与液体饱和温度ts之差t=

3、tw-ts，q的大小受沸腾侧影响很大。)控制热流(改变壁面处的热流密度q，q取决于外部施加的条件，而与h无关)2021/6/1834.临界热流密度qmax的意义对热流可控：使q

4、是沸腾表面的特殊加工。2021/6/184相变对流传热凝结传热（气相变液相）沸腾传热（液相变气相）7-1凝结传热的模式相变：物质系统不同相（气液固）之间的转变。相变过程伴随吸热、放热的相变潜热相变传热的特点：由于有潜热释放和相变过程的复杂性，比单相对流换热更复杂。相变对流传热的重点在于确定表面传热系数，然后由牛顿冷却公式计算热流量凝结传热：夏天出空调房间后的眼镜表面膜状凝结沸腾传热：烧开水2021/6/1857-1凝结传热的模式凝结传热：蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给壁面的过程。凝结传热产生的必要条件：gg膜状凝结珠状凝结凝结模式源于气液界面的接触角θ（图7-1

5、）2021/6/186凝结传热：蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给壁面的过程。珠状凝结珠状凝结的表面换热系数>>膜状凝结，但是一般无法长久保持。2.55×1055000～250007-1凝结传热的模式2021/6/1877-2膜状凝结分析解及实验关联式层流膜状凝结努塞尔纯净饱和蒸汽层流膜状凝结理论分析解：液体膜层的热阻为主要因素。基本假设：二维、稳态、常物性、层流；蒸汽静止，汽液界面无对液膜的粘滞力；忽略惯性力，液膜的运动仅取决于重力和粘滞力；壁温tw＝const，汽液界面无温差tδ＝ts液膜内部无对流而只有导热，温度分布为线性；忽略液膜的过冷度，即认为液膜仅存在潜

6、热；蒸汽密度<<液体密度；液膜表面平整无波动。2021/6/188努塞尔纯净饱和蒸汽层流膜状凝结理论分析解稳态边界层微分方程简化后的常微分方程简化后的速度和温度分布7-2膜状凝结分析解及实验关联式层流膜状凝结抛物线线性2021/6/189努塞尔纯净饱和蒸汽层流膜状凝结理论分析解微元体热平衡导热公式+牛顿冷却公式简化后的速度和温度分布7-2膜状凝结分析解及实验关联式层流膜状凝结2021/6/1810努塞尔纯净饱和蒸汽层流膜状凝结理论分析解竖壁倾斜竖壁水平圆管壁球壁特征长度分别为l和d；r由ts确定。其它物性由平均温度确定：为何冷凝器一般多采用水平横管布置？7-2膜状凝结分析解及实验关

7、联式层流膜状凝结2021/6/1811膜状凝结实验关联式：竖壁（层流）理论分析解在一定的假设条件下获得实验结果修正实验关联式竖壁（湍流）伽利略数Rec<1600Rec>1600竖壁雷诺数竖壁临界雷诺数＝16007-2膜状凝结分析解及实验关联式2021/6/1812膜状凝结实验关联式：理论分析解在一定的假设条件下获得实验结果修正实验关联式水平圆管壁与分析解一致水平圆管壁雷诺数横管一般处于层流范围上述实验关联式仅适用低流速情况：水蒸气<10m/s,氟利昂<0.5m/s7-