第七章 相变对流传热ppt课件.ppt

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1、第七章相变对流传热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。§7-1凝结换热现象凝结换热实例锅炉中的水冷壁寒冷冬天窗户上的冰花许多其他的工业应用过程化工与材料工程学院---DepartmentofChemica

2、landMaterialsEngineering凝结换热的关键点凝结可能以不同的形式发生，膜状凝结和珠状凝结冷凝物相当于增加了热量进一步传递的热阻层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式影响膜状凝结换热的因素会分析竖壁和横管的换热过程，及Nusselt膜状凝结理论1、凝结换热现象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。2、凝结换热的分类根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种：膜状凝结与珠状凝结(1)膜状凝结(filmcondensation):定义：凝结液体能

3、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。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。g(2)珠状凝结（dropwisecondensation）定义：凝结液体不能很好地湿润壁面，在壁面上形成一个个小液珠的凝结形式，称珠状凝结。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。所以，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。g是否形成膜状凝结主要取决于凝结液的润湿能力，而润湿能力又取决于表面张力。

4、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凝结。在工业中常用流体的润湿能力都比较强。凝结时，先在壁面上凝结成液体，沿壁面下流，逐渐形成液膜。膜状凝结时，壁面总被液膜覆盖，凝结时放出的潜热必须穿过液膜才能传到壁面上，故液膜是换热的主要热阻。珠状凝结的特点是小液珠在壁面形成、长大、脱落，沿途清扫液珠，壁面裸露，蒸气直接与壁接触，凝结成新的液珠。在珠状凝结时，蒸气与冷却壁之间没有液膜热阻，故传热大大的加强，一般珠状凝结好难于获得§7-2膜状凝结分析解及关联式一

5、、纯净蒸气层流膜状凝结分析解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求解了膜状凝结问题。下面即为此理论：1.物理问题：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。1）常物性；2）蒸气是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力；3）液膜惯性力可以忽略；4）汽液界面上无温差，界面上液膜温度等于饱和温度；5）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

6、，而无对流作用；6）液膜的过冷度可以忽略；7），可忽略不计；8）液膜表面平整无波动。2.基本假设：以竖壁的膜状凝结为例：x坐标为重力方向，取如右图所示的坐标系，凝结液膜的流动和换热符合边界层的薄层性质，故满足边界层微分方程组，但要加上重力项。3.数学描述：根据以上8个假设从边界层微分方程组推出努塞尔的简化方程组，从而保持对流传热理论的统一性。考虑假定（3）液膜的惯性力忽略考虑到假设（2）蒸汽静止，又由于，根据Bernoulli方程，边界层外考虑到假设（7）蒸气密度远小于液体密度只有u和t两个未知量，于是，上面的

7、方程组化简为：考虑假定（5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热边界条件：4.求解速度分布：温度分布：求解液膜厚度x处的质量流量：X+dx处质量流量的增量对微元体应用热力学第一定律即得液膜厚度分离变量积分竖壁的平均表面传热系数：5.局部表面传热系数（忽略过冷度）倾斜壁水平管Nusselt采用图解积分得定性温度，除r用ts外其余皆为(tw+ts)/2公式使用范围，层流Re<16006.几点说明球表面伽利略数（GalileoNumber）雅各布数（JacobNumber）：反映了液膜过冷度的相对大小7.准则关系8

8、.理论公式的修正横管吻合很好。竖壁，Re<20时吻合好，Re>20时，实验值比理论值高20%二、膜层中凝结液的流动状态无波动层流有波动层流湍流凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据仍然是Re。式中：为x=l处液膜层的平均流速；为该截面处液膜层的当量直径。如图由热平衡所以对水平管，用代替上式中的即可。并且横管一般都处于层流状态三、湍流膜状凝结换热实验证明：（1）膜层雷诺数Re=160