相变传热课件.ppt

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1、第七章相变对流传热§7-4沸腾传热的模式液体的汽化有两种，蒸发和沸腾沸腾的定义：液体吸热后在其内部产生汽泡的汽化过程称为沸腾。沸腾的特点1）液体汽化吸收大量的汽化潜热；2）由于汽泡形成和脱离时带走热量，使加热表面受到强烈的扰动，所以沸腾换热强度远大于无相变的换热。沸腾换热分类：1）大容器沸腾（池内沸腾）；2）强制对流沸腾（管内沸腾）上述每种又分为过冷沸腾和饱和沸腾。产生沸腾的条件：理论分析与实验证明，产生沸腾的条件：1）液体必须过热；2）要有汽化核心1大容器饱和沸腾曲线（1）大容器沸腾定义：指加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾称为大容器沸腾。特点：产生的气

2、泡能自由浮升，穿过液体自由面进入容器气体空间。（2）饱和沸腾定义：液体主体温度达到饱和温度，壁面温度高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。特点:随着壁面过热度的增高，出现4个换热规律全然不同的区域。（3）过冷沸腾指液体主体温度低于相应压力下饱和温度，壁面温度大于该饱和温度所发生的沸腾换热，称过冷沸腾。（4）大容器饱和沸腾曲线：（图7-14）物理实验的建立！表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个换热规律不同的阶段：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾，如图所示：如图7-14所示，横坐标为壁面过热度（对数坐标）；纵坐标为热流密度。从曲线变化规律可知：随壁面过热度

3、的增大，区段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ将整个曲线分成四个特定的换热过程，其特性如下：1）单相自然对流段（液面汽化段）壁面过热度小时（图中℃）沸腾尚未开始（没有气泡产生），换热服从单相自然对流规律。2）核态沸腾（饱和沸腾）随着的上升，在加热面的一些特定点上开始出现汽化核心，并随之形成汽泡，该特定点称为起始沸点。其特点是：①开始阶段，汽化核心产生的汽泡互不干扰，称为孤立汽泡区；②随着的上升，汽化核心增加，生成的汽泡数量增加，汽泡互相影响并合成汽块及汽柱，称为相互影响区。③随着的增大，q增大，当增大到一定值时，q增加到最大值，汽泡扰动剧烈，汽化核心对换热起决定作用，则称该段为核态沸腾（

4、泡态沸腾，泡状沸腾）。其特点：温压小，换热强度大，其终点的热流密度q达最大值。工业设计中应用该段。3）过渡沸腾从峰值点进一步提高，热流密度q减小；当增大到一定值时，热流密度减小到，这一阶段称为过渡沸腾。该区段的特点是属于不稳定过程。原因：汽泡的生长速度大于汽泡跃离加热面的速度，使汽泡聚集覆盖在加热面上，形成一层蒸汽膜，而蒸汽排除过程恶化，致使q下降。4）稳定膜态沸腾从开始，随着的上升，气泡生长速度与跃离速度趋于平衡。此时，在加热面上形成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律地脱离膜层，致使上升时，热流密度q上升，此阶段称为稳定膜态沸腾。其特点：（1）汽膜中的热量传递不仅有导

5、热，而且有对流；（2）辐射热量随着温差的加大而剧增，使热流密度大大增加；（3）在物理上与膜状凝结具有共同点：前者热量必须穿过热阻大的汽膜；后者热量必须穿过热阻相对较小的液膜。几点说明：（1）上述热流密度的峰值qmax有重大意义，称为临界热流密度，亦称烧毁点。一般用核态沸腾转折点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，因为热量必须穿过的是热阻较大的汽膜，所以换热系数比凝结小得多。2汽化核心的分析(1)汽泡的成长过程及生成部位实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面上，这些

6、产生气泡的点被称为汽化核心，较普遍的看法认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心，如图所示。(2)汽泡的产生的条件（必须要有一定的过热度）力的平衡：由热平衡：气泡外液体压力（忽略液柱静压）：气泡内压力：有一定的过热度：（壁面处最大）产生气泡的半径条件：或汽泡半径R必须满足下列条件才能存活(克劳修斯-克拉贝龙方程)式中：—表面张力，N/m；r—汽化潜热，J/kgv—蒸汽密度，kg/m3；tw—壁面温度，Cts—对应压力下的饱和温度，C可见，(tw–ts),Rmin同一加热面上，称为汽化核心的凹穴数量增加汽化核心数增加换热增强§7-5大

7、容器沸腾换热的实验关联式沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍然适用，即但对于沸腾换热的h却又许多不同的计算公式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比较复杂，导致了关联式的研究成果分歧较大。目前存在两种计算是：（1）针对一种液体的计算公式；（2）广泛适用于各种液体的计算式；（1）适用于水的米海耶夫计算式在压力下大容器饱和沸腾计算式：按（2）适用于各种液体的计算式:既然沸腾换热也属于对流换热，罗森诺（Rohsenow）认为沸腾换热之所以强烈，主