第6章-凝结与沸腾换热

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1、德州学院机电系热能本传热学第六章　凝结与沸腾换热6.1凝结传热的模式6.2膜状凝结分析解及计算关联式6.3膜状凝结的影响因素及其传热强化6.4沸腾传热模式6.5大容器沸腾传热的实验关联式6.6沸腾传热的影响因素及其强化1、重点内容：①凝结与沸腾换热机理及其特点；②膜状凝结换热分析解及实验关联式；③大容器饱和核态沸腾及临界热流密度。2、掌握内容：掌握影响凝结与沸腾换热的因素。3、了解内容：①了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展现状、动态。②蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流换热。其特点是：伴随有相变的对流换热。③工程中广泛应用的是：冷凝器及蒸发器、再沸器、水冷壁等。第五章我们分析了无相变的对流换热

2、，包括强制对流换热和自然对流换热下面我们即将遇到的是有相变的对流换热，也称之为相变换热，目前涉及的是凝结换热和沸腾换热两种。相变换热的特点：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，因此，目前，工程上也只能借助于经验公式和实验关联式。6.1.1珠状凝结与膜状凝结蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给固体壁面，并在壁面上形成凝结液的过程，称凝结换热现象。有两种凝结形式。凝结换热的分类根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种6.1凝结传热的模式(1)膜状凝结定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式，称膜状凝结。g(2)珠状凝结定义：凝结液体不能很好地湿

3、润壁面，凝结液体在壁面上形成一个个小液珠的凝结形式，称珠状凝结。g6.1.2凝结液－主要热阻膜状凝结特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷却壁面上，此时液膜成为主要的换热热阻。珠状凝结特点：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。gg在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。6.1.3膜状凝结是工程设计依据实验证明，几乎所有的常用蒸汽，包括水蒸汽在内，在纯净的条件下均能在常用工程材料的洁净表面上得到膜状凝结。工业时间应用上都只能实现膜状凝结，所以从设计的观点出发，为保证凝结效果，只能用膜状凝结的计算式作为设计的依据。强化膜状凝

4、结的途径－减薄液膜的厚度1916年，Nusselt提出的简单层流膜状凝结换热分析是近代膜状凝结理论和传热分析的基础。自1916年以来，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。6-2膜状凝结分析解及关联式6.2.1纯净蒸汽层流膜状凝结分析解假设：1）常物性；2）蒸气静止，气液界面上无对液膜的粘滞应力；3）液膜的惯性力忽略；4）气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度；5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热；6）液膜的过冷度忽略；7）忽略蒸汽密度；8）液膜表面平整无波动1、对实

5、际问题的简化图7-4努赛尔理论分析的坐标系与边界条件下脚标l表示液相在稳态情况下，凝结液膜流动的微分方程组为：以竖壁的膜状凝结为例：x坐标为重力方向，如图所示。2、边界层方程组的简化考虑假设（3）液膜的惯性力忽略考虑假设（7）忽略蒸汽密度dp/dx为可按y=δ处液膜表面蒸汽压力梯度计算，将动量方程应用于蒸汽。由假设（2）蒸汽的静止的，若以ρV表示蒸汽密度：只有u和t两个未知量，不需补充其他方程。考虑假设（5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热方程组化简为：边界条件：求解的基本思路（1）先从简化的微分方程组出发获得包括液膜厚度δ在内的流速u及温度t分布的表达式；（2）再利用dx一段距离上凝结

6、液体的质量平衡关系取得液膜厚度的表达式；（3）最后根据对流换热微分方程式利用傅立叶定律求出表面传热系数的表达式。3.主要求解过程与结果(1)液膜厚度定性温度：注意：r按ts确定(2)局部表面传热系数整个竖壁的平均表面传热系数若与水平轴有夹角（φ>0）的倾斜壁，式中g改为gsinφ。1、水平圆管及球表面上的层流膜状凝结传热表面传热系数：水平管：球：6.2.2竖直管与水平管的比较及实验验证定性温度：注意：r按ts确定2、水平管外凝结与竖直管外凝结的比较在其他条件相同时（直径为和高为的圆管都是层流），横管与竖管的对流换热系数之比：不同：特征长度不同；系数不同当l/d=50时，横管的平均表面传热系数

7、是竖管的的2倍。3、分析解的实验验证和假设条件竖壁当Re<20时，实验数据与理论解相符；当Re>20时，实验数据越来越高于理论解，最高大于20%图7-7竖壁上水蒸汽膜状凝结的理论式与实验结果比较对竖壁的修正：实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到强化，因此，实验值比上述得理论值高20％左右。修正后：水平圆管、横管：实验数据与理论解相符。Pr数接近1或大于1的流体，只要无量纲量时，微分方程中的惯性力项，液膜过