沸腾换热ppt课件.ppt

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1、7-2沸腾换热现象(BoilingHeatTransfer)蒸发：液－汽界面上液体汽化的相变过程沸腾：液体内部产生汽泡的剧烈汽化过程1根据热力学理论：只要液体内部的温度等于或高于对应压力下液体的饱和温度，该处液体就会发生相变，并可能产生沸腾现象液体沸腾可以分为两大类：容积沸腾、表面沸腾容积沸腾（均相沸腾，homogeneousboiling):沸腾直接发生在液体容积内部，且不存在固体加热壁面表面沸腾（非均相沸腾，heterogeneousboiling):沸腾发生在与液体接触的加热面上表面沸腾（非均相沸腾）分类：大空间沸腾（或大容器沸腾、池沸腾）：热

2、表面沉浸在具有自由表面的液体中的沸腾有限空间沸腾（或受迫对流沸腾、管内沸腾）：23饱和沸腾：液体主体温度为ts，而壁面温度tw>ts即：tw>tf＝ts壁面附近有很大的温度梯度；绝大部分液体的温度略高于饱和温度4过冷沸腾：液体主体温度低于ts，而壁面温度tw>ts即：tw>ts>tf5一、大空间沸腾换热（Poolboiling）1、饱和沸腾过程与沸腾曲线Nukiyama(拔三四郎)1934年镍铬合金丝熔点：1500K铂(白金)丝熔点：2045K沸腾温差：饱和沸腾时△t=tw-ts沸腾曲线：沸腾时热流通量（热流密度）q随沸腾温差变化的关系曲线67大容器

3、饱和沸腾的特点：加热表面上有汽泡生成，随着汽泡长大和脱离壁面，容器内的液体受到剧烈扰动，换热强度很高。4个阶段：饱和沸腾曲线:qw~t（1）自然对流（2）核态沸腾A~C（3）过渡沸腾C~D（4）膜态沸腾D～ABCDE8核态沸腾9过渡沸腾10膜态沸腾11沸腾危机:（DNB:departurefromnucleateboiling）偏离核沸腾点，安全警界点127.4.3汽泡动力学简介汽化核心：加热表面上能产生汽泡的地点。（1）气泡得以存在的力学条件气泡受到两种力作用：表面张力σ、压强p表面张力σ使气泡表面积缩小要使气泡长大，气泡内压力需克服表面张力对

4、外做功13假设：气泡体积膨胀了微元体积dV，相应地表面积增加了dA.作功量为：当气泡处于平衡状态时：球形气泡：14气泡能够存在而不消失的条件：如果压强差作用力大于表面张力，气泡就能继续长大15（2）气泡被加热的途径热量一方面由壁面与气泡直接接触的表面传给气泡；另一方面热由壁面传给液体，再由液体传到气泡表面气泡内饱和蒸汽压力pv相对应的饱和温度为tv；为使气泡长大，气泡壁须不断蒸发，所以气泡壁周围的液体温度tl大于或至少等于tv（tl≥tv）16气泡内饱和蒸汽压力pv相对应的饱和温度为tv；为使气泡长大，气泡壁须不断蒸发，所以气泡壁周围的液体温度tl大

5、于或至少等于tv（tl≥tv）与pl相对应的是饱和温度为ts：tv>tstw>tl>tv>tstl>ts气泡存在和长大的动力条件是液体的过热度气泡膨胀长大，受到的浮升力也增加；当浮升力大于气泡与壁面的附着力时，气泡就脱离壁面升入液体，附着力与液体对壁面的湿润能力有关。17气泡难于脱离壁；传热量低18（3）气泡的生长点及最小气泡半径气泡能够存在不消失并继续长大的力学条件：半径R越小的气泡需要较大的压强差利用克劳修斯-克拉贝龙方程，可得出：19加热壁面上总是存在各种伤痕、裂缝和加工的痕迹。这些地点中容易残留气体，这种残留气体就自然成为产生气泡的核心。所以

6、，增加表面上狭缝、空穴与凹坑成为工程中开发强化传热的基本目标。a)最小的气泡在壁面上；即：壁面上的凹缝，空隙等是生成气泡核的最好地点。b)Δt=tw-ts气泡量增多c)气泡核增多207-5大容器沸腾传热实验关联式7.5.1.大容器饱和核态沸腾换热计算公式（1）米海耶夫公式（适用于水在105～4×106压力下大容器饱和沸腾）：为过热度，p为绝对压力。21（2）罗森诺公式：l为饱和液体的动力粘度（Pas）；r为沸腾液体的汽化潜热（kJ/kg）；为液体与饱和蒸气界面上的表面张力（N/m）；l、v分别为饱和液与饱和蒸气的密度（kg/m3）；cpl为

7、饱和液体的比定压热容（J/kgK）；t为壁面的过热度，即沸腾温差（℃）；s为经验指数，对水s=1，对其它液体，s=1.7；22Cwl为根据加热面与液体种类选取的经验常数；2333％100％24（3）库珀（Cooper)公式（适用于制冷剂）：Mr为液体的相对分子质量（分子量）pr为对比压力，即液体压力与其临界压力之比。Rp为表面平均粗糙度，单位为m。对于一般工业用材料表面，Rp=0.3~0.4m。25朱伯（N.Zuber）给出了大空间核态饱和沸腾临界热流密度的计算公式：适用条件：大空间核态饱和沸腾，加热表面的特征尺寸远大于汽泡平均直径。临界热流

8、密度的数值与压力密切相关，在比压力（液体的压力与其临界压力之比）大约等于0.3处临界热流密度具有极大值。7.