《凝结和沸腾换热》PPT课件.ppt

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1、§6-2沸腾换热现象定义：当液体与高于其饱和温度的壁面接触时，液体被加热汽化而产生大量汽泡的现象称为沸腾。分类：沸腾有多种形式。如果液体的主体温度低于饱和温度，汽泡在固体壁面上生成、长大，脱离壁面后又会在液体中凝结消失，这样的沸腾称为过冷沸腾；若液体的主体温度达到或超过饱和温度，汽泡脱离壁面后会在液体中继续长大，直至冲出液体表面，这样的沸腾称为饱和沸腾。如果液体具有自由表面，不存在外力作用下的整体运动，这样的沸腾又称为大容器沸腾（或池沸腾）；如果液体沸腾时处于强迫对流运动状态，则称之为强迫对流沸腾，如大型锅炉和制冷机蒸发器的管内沸腾。沸腾换热实例锅炉中水变水蒸气的过程

2、冷库中液态氨变为氨蒸汽的过程炼油厂中重（原）油的汽化沸腾蒸馏过程a大容器沸腾(池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾；b强制对流沸腾：强制对流＋沸腾加热表面HeatedSurfaceLiquidflowBubbleflowSlugflowAnnularflowMistflow6-2-2气泡动力学简介不管哪种沸腾传热，在液体内部均产生气泡。因此了解沸腾传热必先了解气泡在沸腾过程中的行为，即气泡动力学。1.气泡的成长过程实验表明，沸腾只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面，这些产生气泡的点称为汽化核心，一般认为，壁面的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的

3、汽化核心。2.气泡存在的条件气泡半径R必须满足下列条件(克拉贝龙方程)才能存在：可见，随过热度（tw－ts)增加，Rmin减少，于是在同一加热面上RRmin的凹坑数将增多，即汽化核心数增加，产生气泡的密度增加。换热得到增强。通过对水在一个大气压下的大容器饱和沸腾换热过程的实验观察，可以画出如下图所示的曲线，称为饱和沸腾曲线。曲线的横坐标为沸腾温差，或称为加热面的过热度；纵坐标为热流密度。该图表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个不同换热规律阶段：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾，6-2-3大容器沸腾－－饱和沸腾曲线a.自然对流当沸腾温差比较小时（

4、一般<5℃）（图中AB段），加热面上只有少量汽泡产生，并且不脱离壁面，看不到明显的沸腾现象，热量传递主要靠液体的自然对流传递，因此可近似地按自然对流换热计算。b.核态沸腾如果沸腾温差继续增加，加热面上产生的汽泡将迅速增多，并逐渐长大，直到在浮升力的作用下脱离加热面，进入液体。这时的液体已达到饱和，并具有一定的过热度，因此汽泡在穿过液体时会继续被加热并长大，直至冲出液体表面而进入气相空间。由于加热面处液体的大量汽化以及液体被汽泡剧烈地扰动，换热非常强烈，热流密度q随⊿t迅速增加，直至出现峰值qmax（图中C点）。从B到C这一阶段的沸腾状态被称为核态沸腾（或泡态沸腾）。其

5、汽泡的生成、长大及运动对换热起决定作用。核态沸腾的温差小（5℃<t<50℃）、换热强，在工业上被广泛应用。c.临界点的沸腾当壁面过热度达到某一程度时，出现气泡来不及脱离加热面而连成不稳定的气膜，即从核态沸腾开始向膜态沸腾过渡。这时出现了临界点，其热流密度称为临界热负荷qc，也就是图中的qmax。d.过渡沸腾从C点继续提高沸腾温差⊿t（>50℃），则热流密度q不仅没有增加，反而迅速降低至一极小值qmin（图中D点）。这是由于产生的汽泡过多且连在一起形成了汽膜，覆盖在加热面上不易脱离，使换热条件恶化所致。这时的汽膜不断破裂成大汽泡脱离壁面，其换热状态是不稳定的。从C到D

6、这一阶段称为过渡沸腾。e.稳定膜态沸腾在D点之后，随着温差⊿t的继续提高，加热面上开始形成一层稳定的汽膜，此时的汽化在汽液界面上进行，热量除了以导热和对流的方式从加热面通过汽膜传到汽液界面外，热辐射传热方式的作用也随着温差的增加而加大，因此热流密度q也随之增大。从D点以后的沸腾换热状态称为膜态沸腾。两点说明：（1）上述热流密度的峰值qmax称为临界热流密度，亦称烧毁点，在现实中具有重要意义。例如，用电加热器加热水，则一旦热流密度达到并超过峰值，工况将非常迅速地由C点沿虚线跳到膜态沸腾线上的E点，壁面温度会急剧升高到1000℃以上，导致加热面因温度过高而烧毁。一般用核态

7、沸腾转折点DNB作为监视接近qmax的警戒。这一点对热流密度可控和温度可控的两种情况都非常重要。（2）对稳定膜态沸腾，由于热量传递必须穿过热阻较大的汽膜，所以换热系数比凝结小得多。§6-2-4沸腾换热计算式1大容器饱和核态沸腾影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而汽化核心数受表面材料、表面状况、压力等因素的支配，所以沸腾换热的情况液比较复杂，导致了有关计算公式的分歧较大。影响核态沸腾换热的因素可归纳为其中Cw为沸腾液体与接触表面材料有关的系数。常用的关于核态沸腾换热的经验计算公式有两个（1）对于水的大容器饱和核态沸腾，推荐采用米海耶夫公式，适