冷凝传热过程.ppt

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1、冷凝传热过程周帼彦副教授2011-10-18安全工程系列讲座传热强化新技术及其工程应用提纲冷凝传热过程简介1冷凝传热机理23影响冷凝传热的主要因素4冷凝传热系数计算5冷凝传热过程强化蒸汽在凝结过程中与固体壁面发生的换热各种液体冷凝传热过程简介冷凝传热：冷凝传热方式分类：膜状冷凝(filmwisecondensation)——在壁面形成完整的液膜的凝结。滴状冷凝(dropwisecondensation)——凝结液以液珠的形式向下滚落时形成的对流换热冷凝液体能润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜。膜状冷凝时蒸汽放出的潜热必须穿过液膜才能

2、传递到壁面上去，此时，液膜层就形成壁面与蒸汽间传热的主要热阻。若凝液借重力沿壁下流，则液膜越往下越厚，给热系数随之越小。冷凝传热过程简介膜状冷凝传热凝液不能完全润湿壁面，在壁面上形成一个个小液滴，且不断成长变大，在非水平壁面上受重力作用而沿壁滚下，在下滚过程中，一方面会合相遇液滴，合并成更大的液滴，一方面扫清沿途所有的液滴，使壁重新暴露在蒸汽中。没有完整液膜的阻碍，热阻很小，给热系数约为膜状冷凝的5~10倍甚至更高。冷凝传热过程简介滴状冷凝传热本节讨论——纯饱和蒸汽膜状冷凝对流传热系数的计算方法。冷凝情况分类：纯蒸汽冷凝——蒸汽

3、冷凝时Tg=const.，且α↑；是工业上广泛应用的一种加热方法。混合蒸汽冷凝——蒸汽冷凝时Tg≠const.，随组分的冷凝而变化，α<α纯蒸汽。含不凝性气体的蒸汽冷凝——不凝气含量↑→冷凝冷却过程→α’<<α纯蒸汽。冷凝传热过程简介是否形成膜状冷凝主要取决于冷凝液的润湿能力，而润湿能力又取决于表面张力。表面张力小的润湿能力强。实践表明，几乎所有的常用蒸气在纯净条件下在常用工程材料洁净表面上都能得到膜状冷凝。冷凝传热过程简介冷凝传热热阻几乎全部集中在冷凝液膜内→△T也只在液膜内存在。Tg=const.，蒸汽在冷凝同时从气相主体流

4、至壁面；汽相中无热阻(汽相主体与壁面间温差极小)→g相△T=0。纯蒸汽冷凝冷凝传热机理垂直壁面(竖板or竖管)上的冷凝冷凝传热机理壁上部→δ液膜↓，液流量↓→u↓，层流→α↓；壁下部→δ液膜↑，液流量↑→u↑，湍流→α↑。特点：冷凝液因→沿壁向下形成；重力作用新冷凝液补充液流量↑液膜厚↑液膜流δ液膜不同→α不同→Q层流湍流αL(液膜流动)(给热系数)凝结换热是一个非常复杂的现象，如要考虑所有因素将无法进行分析。传热学中惯用的方法是进行简化，忽略次要因素，突出主要因素，使理论分析可以进行。Nusselt1916年成功地用理论分析法

5、求解了膜状凝结问题。蒸气在冷壁面凝结，形成液膜，蒸气凝结将热量传给冷壁面，求换热系数。物理问题：冷凝传热系数计算常物性；蒸气是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力；液膜惯性力可以忽略；汽液界面上无温差，界面上液膜温度等于饱和温度；膜内温度分布是线形的，即认为液膜内的热量转移只有导热，而无对流作用；液膜的过冷度可以忽略；v<<l，l可忽略不计；液膜表面平整无波动。基本假设：冷凝传热系数计算竖壁的平均表面传热系数：局部表面传热系数NewtoncoolingLaw（忽略过冷度）倾斜壁表面传热系数：冷凝传热系数计算*水平管表面传热

6、系数：球表面传热系数：冷凝传热系数计算定性温度，除r用ts外其余皆为(tw+ts)/2公式使用范围，层流Re<2100雷诺数当量直径横管：用d代替L几点说明：冷凝传热系数计算**二、湍流膜状凝结换热先假设为层流，用式（*）求h；将h代入式（**）验算液膜是否为层流：若Rem<2100,计算正确，若Rem>2100改用上式求。对于Re>2100的湍流液膜，其平均冷凝给热系数可以下的经验式计算方法：冷凝传热系数计算例压力为1.013×103Pa的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm×30cm，壁温保持98℃。计算每小时的热换

7、量及凝结蒸汽量。解：假设液膜为层流。根据ts=100℃，查得r=2257kJ/kg。其他物性按液膜平均温度tm=(100+98)/2=99℃查取，得：ρ=958.4kg/m3，μ=2.825×10-4kg/(m.s)，λ=0.68W/(m.K)则有：冷凝传热系数计算核算Re准则：说明原来假设液膜为层流成立。换热量可按牛顿冷却公式计算：凝结蒸汽量为：冷凝传热系数计算影响冷凝传热的主要因素不凝结气体流体物性与液膜两侧传热温差蒸汽流速与流向过热蒸汽传热面的形状与布置在冷凝器的设计中，蒸汽冷凝侧设排气孔→定期排放不凝气。不凝气的影响：不

8、凝气在液膜与蒸汽之间形成一层气膜(冷却过程)→附加热阻↑↑，α冷凝↓↓。通常在静止的蒸汽中，当不凝气含量仅为1%时→冷凝传热系数降低60%左右。流体物性与液膜两侧传热温差的影响：导热系数λ、密度ρ、气相分率y、粘度η、温差△t等影响冷凝传热的主要因素蒸汽流速与流