相变对流换热.ppt

* * * * * * * * 3. 管内冷凝 此时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。 6. 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，要用下式代替计算公式中的r， 4. 蒸气流速 流速较高时（对于水蒸汽流速大于10m/s），蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，h增大；反之使h减小。 5. 过热蒸气 把计算式中的潜热改为过热蒸气与饱和液的焓差。 强化凝结换热的原则 用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄 使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。 7 膜状凝结的强化原则和技术 尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度 7.4 沸腾换热现象 沸腾的定义：沸腾指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。 沸腾换热分类： 1 ）大容器沸腾（池内沸腾） ； 2 ）管内沸腾（强制对流沸腾） 上述每种又分为过冷沸腾和饱和沸腾。 （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：气泡能自由浮升穿过液体自由面进入容器空间。 （3）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。 （4）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。 （2）管内沸腾 流体的运动需加外加的压差才能维持。 在盛水的烧杯中置入一根不锈钢细管，通电加热以使其表面产生汽泡，烧杯底下的电热器用于将水加热到饱和温度，这样在不锈钢表面上进行的沸腾为饱和沸腾。随着电流密度的增大，烧杯中的水与不锈钢管表面间的热交换依次会出现以下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。 7.4.1 大容器饱和沸腾三个区域 qmax qmin 横坐标为壁面过热度（对数坐标）；纵坐标为热流密度（算术密度）。 从曲线变化规律可知：随壁面过热度的增大，区段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ将整个曲线分成四个特定的换热过程。 1 ）单相自然对流段（液面汽化段） 壁面过热度小，沸腾尚未开始，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。 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（泡状沸腾）。 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，致使热流密度下降。 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。 特点：a、汽膜中的热量传递不仅有导热，而且有对流；b、辐射热量随着 的加大而剧增，使热流密度大大增加； c、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。 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。 7.4.2 临界热流密度及其工程意义 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。 莱登佛罗斯特点 实践上，上述热流密度的峰值有重大意义，它被称为临界热流密