凝结与沸腾换热.ppt

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1、第七章凝结与沸腾换热BoilingandCondensation2021/7/28传热学李琼1三相点：液—气—固转化相变换热：蒸汽的凝结、液体的沸腾、液体的蒸发、液体的凝固、固体熔化等应用：冷凝器：（气—液）放出潜热蒸发器：（液—气）吸收潜热蒸汽压缩式制冷：认为应用气液相变实现制冷。引言2021/7/28传热学李琼2因流体潜热的释热或吸收而使这种热交换过程的强度远大于同种流体无相变的换热强度；当流体为饱和流体时，相变换热过程中流体温度tf不发生变化；过程复杂，工程上也只能助于经验公式和实验关联式。相变换热的特点：2021/7/28传热学李琼32021/7/28传热学

2、李琼4§7-1凝结换热寒冷冬天窗户上的冰花液体对壁面附着力>液体的表面张力，膜状凝结液体对壁面附着力<液体的表面张力，珠状凝结一、凝结换热分类2021/7/28传热学李琼5滴水滴水银2021/7/28传热学李琼62021/7/28传热学李琼7膜状凝结沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。珠状凝结当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结（可能大几倍，甚至一个数量级）gg二、凝结换热机理实验查明：几乎所有蒸汽在纯净条

3、件下均能在常用工程材料的洁净面上得到膜状凝结（洗净标准）近年对珠状凝结的研究：对紫铜管技术处理后在实验条件下连续3800小时珠状凝结，但工业凝结器中很难。珠状凝结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结。本章仅讨论蒸汽的膜状凝结。应用现状分析2021/7/28传热学李琼8三、凝结换热计算2021/7/28传热学李琼91916年，Nusselt提出的简单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。假定：1）常物性；2）气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度；3）蒸气静止；4）液膜的惯性力忽略；5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热；6）液

4、膜的过冷度忽略；1、层流膜状凝结理论解2021/7/28传热学李琼10gt(y)u(y)ThermalboundarylayersVelocityboundarylayers微元控制体边界层微分方程组：对应于p.109-111页(5-3)，(5-4)，(5-5)x2021/7/28传热学李琼11应用于蒸气，考虑（3）（4）考虑（5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热代入动量微分方程考虑（4）只有u和t两个未知量，于是，上面得方程组化简为：2021/7/28传热学李琼12边界条件：求解上面方程可得：热平衡关系：其中：2021/7/28传热学李琼13(1)液膜厚

5、度定性温度：注意：r按ts确定整理得：求解得：2021/7/28传热学李琼14(2)局部对流换热系数整个竖壁的平均表面传热系数定性温度：注意：r按ts确定对于倾斜壁，则用gsinθ代替以上各式中的g即可2021/7/28传热学李琼15(3)水平圆管努塞尔的理论分析可推广到水平圆管的层流膜状凝结定性温度与前面的公式相同，定型尺寸不同，垂直壁为长度l，水平管为外径d。只要不是很短的管子，横放时管外的凝结表面换热系数高于竖放。冷凝器设计时，通常采用水平布置。获得Nu理论解的关键：对实际问题所做的合理简化假设及据此推导出的微分方程；常微分方程求解思路：简化方程组，获得u，t

6、分布表达式；利用dx一段距离上凝结液质量平衡关系式获得δ表达式；利用导热公式与牛顿冷却公式联立求解出h。总结分析：2021/7/28传热学李琼162021/7/28传热学李琼17无波动层流有波动层流湍流凝结液体流动也分层流和紊流，并且其判断依据仍然时Re，式中：um为x=l处液膜层的平均流速；de为该截面处液膜层的当量直径。2、层流膜状凝结换热准则关联式1）流态判断如图由热平衡所以传热学李琼182021/7/28L层流到紊流的临界Re值，定型尺寸：垂直壁为高度，水平管管外凝结为周长πd。2）凝结准则Co传热学李琼192021/7/28物理意义：反映凝结换热的强弱。垂

7、直壁理论解：水平管理论解：3）实验修正对垂直壁，当301800时，紊流，7-7计算。分析图7-3：2021/7/28传热学李琼212021/7/28传热学李琼223、紊流膜状凝结换热对紊流液膜，除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递热量外，层流底层之外以紊流传递