高教传热学第四版课件第7章

第7章相变对流传热本章重点内容重点内容：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。掌握内容：掌握影响凝结与沸腾换热的因素。了解内容：了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展现状、动态。7-1凝结换热现象一.凝结形式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）gswttgswtt7-2膜状凝结分析解及实验关联式一.纯净饱和蒸汽层流膜状凝结分析解假定：1）常物性；2）蒸气静止，汽液界面上无对液膜的粘滞应力；3）液膜的惯性力忽略；4）气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度；5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热；6）液膜的过冷度忽略；7）忽略蒸汽密度；8）液膜表面平整无波动。1.分析解7-2膜状凝结分析解及实验关联式边界层微分方程组：2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll7-2膜状凝结分析解及实验关联式忽略液膜的惯性力2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll0)(yuvxuul膜内温度线性分布，即热量转移只有导热忽略蒸汽密度0dxdp0ytvxtu220llugy220dtdyVdpgdx7-2膜状凝结分析解及实验关联式边界条件：swttyuyttuy,0dd0,0时，时，求解上面方程可得：(1)液膜厚度:定性温度：1424lllswttxgr2swmttt7-2膜状凝结分析解及实验关联式(2)局部对流换热系数：整个竖壁的平均表面传热系数：14234llxlswgrhttx14230140.9433lllVxxllswgrhhdxhlltt2.推广应用14230.729llHlswgrhdtt14230.826llSlswgrhdtt水平圆管：球：7-2膜状凝结分析解及实验关联式对于倾斜壁，则用gsin代替以上各式中的g即可140.77HVhlhd冷凝器通常采用横管布置3.膜层中凝结液的流动状态20Re1600Rec无波动层流有波动层流湍流ul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。Reeldu7-2膜状凝结分析解及实验关联式ecd4A/P4b/b4lml4u4qReswmlh(tt)lrqsw4hl(tt)Rerlr对于水平管，用代替上式中的，即为其膜层雷诺数修正：实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到强化，因此，实验值比上述理论值高20％左右修正后：14231.13lswgrhttl4.理论解与实验解的比较分析7-2膜状凝结分析解及实验关联式二.湍流膜状凝结换热对湍流液膜，除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递热量外，层流底层之外以湍流传递为主，换热大为增强7-2膜状凝结分析解及实验关联式对竖壁的湍流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数计算式为：式中：hl为层流段的传热系数；ht为湍流段的传热系数；xc为层流转变为湍流时转折点的高度l为竖壁的总高度1ccltxxhhhll7-2膜状凝结分析解及实验关联式实验关联式：13141234RePr58PrRe2539200PrwssNuGa32glGaPrwwtst除用壁温计算外，其它物理量的定性温度为，且物性参数均是指凝结液。7-3影响膜状凝结的因素1.不凝结气体不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱和温度下降，减小了凝结的驱动力h2.蒸气流速流速较高时，蒸气流对液膜表面产生明显的粘滞应力。如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，增大；反之使减小。h3.过热蒸气要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。7-3影响膜状凝结的因素4.液膜过冷度及温度分布的非线性如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，用下式代替计算公式中的r0.68pswrrctt5.管子排数沿流动方向有排管应予以修正：理论上：用代替特征长度；实际上：计算结果应大于理论结果。nndd7-3影响膜状凝结的因素6.管内冷凝换热与蒸气的流速关系很大蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于管子上半部流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子四周，中心为蒸气核7-3影响膜状凝结的因素7.凝结表面的几何形状强化凝结换热的原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度可用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉7-4沸腾换热现象一、沸腾换热的基本概念1.定义：指液体吸热后在其内部产生汽泡的汽化过程2.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，使加热表面不断受到冷流体的冲刷和强烈的扰动，所以沸腾换热强度远大于无相变的换热。（1）大容器沸腾（池内沸腾）：加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾称大容器沸腾。此时产生的气泡能自由浮升，穿过液体自由表面进入容器空间3.分类：（4）饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度，壁温高于饱和温度所发生的沸腾7-4沸腾换热现象3.分类：（2）强制对流沸腾（管内沸腾）：流体在管道内流动过程中产生的沸腾。（3）过冷沸腾：液体主体温度未达到饱和温度，壁温高于饱和温度所发生的沸腾4.实现沸腾的条件：（1)液体必须过热；（2）要有汽化核心。二.大容器饱和沸腾曲线：7-4沸腾换热现象三.汽化核心的分析目前普遍认为，壁面的凹缝、裂穴最可能成为汽化核心。这些凹穴中残留的气体（包括蒸气），由于液体表面张力的原因，很难彻底逐出，它们就成为孕育新生气泡的有利场所。7-4沸腾换热现象(pv–pl),R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换热增强力平衡：22vlRppR汽泡生成的条件：2vlRpp7-6影响沸腾换热的因素1.不凝结气体与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某种程度的强化2过冷度只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热时，，因此，过冷会强化换热。14~wfhtt3液位高度当液位降低到一定值时，表面传热系数会明显地随液位的降低而升高7-6影响沸腾换热的因素5沸腾表面的结构沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心(1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与化学手段在换热表面上形成多孔结构。(2)机械加工方法。4重力加速度重力加速度对核态沸腾换热几乎无影响7-6影响沸腾换热的因素