传热学第七章详解.ppt

第七章 相变对流传热 Boiling and Condensation 如图 由热平衡 所以 对水平管，用 代替上式中的 即可。 §7-3 影响膜状凝结的因素 工程实际中所发生的膜状凝结过程往往比较复杂，受各种因素的影响。 1. 不凝结气体----在壁温下不能凝结的气体 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 §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，要用下式代替 计算公式中的 ， 5. 管子排数 管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。 6. 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。 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。 * 凝结与沸腾换热 第六章我们分析了无相变的对流换热，包括强制对流换热和自然对流换热 下面我们即将遇到的是有相变的对流换热，也称之为相变换热，目前涉及的是凝结换热和沸腾换热两种。 相变换热的特点：由于有潜热释放和相变过程的复杂性，比单相对流换热更复杂，因此，目前，工程上也只能求助于经验公式和实验关联式。 §7-1 凝结换热 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 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 凝结换热中的重要参数 蒸汽的饱和温度与壁面温度之差（ts - tw） 汽化潜热 r 特征尺度 其他标准的热物理性质，如动力粘度、导热系 数、比热容等 1 凝结过程 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） g g 2 纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热的分析 1916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。我们首先了解Nusselt对纯净饱和蒸汽膜状凝结换热的分析。 g t(y) u(y) Thermal boundary layers Velocity boundary layers 微元控制体 边界层微分方程组： 下脚标 l 表示液相 x 考虑（3）液膜的惯性力忽略 ? 考虑（5） 膜内温度线性分布，即热量转移只有导热 ? 考虑（7）忽 略蒸汽密度 ? 只有u 和 t 两个未知量，于是，上面得方程组化简为： 求解上面方程可得： (1) 液膜厚度 定性温度： 注意：r 按 ts 确定 (2) 局部对流换热系数 整个竖壁的平均表面传热系数 (3) 修正：实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到强 化，因此，实验值比上述得理论值高20％左右 修正后： 定性温度： 注意：r 按 ts 确定 对于倾斜壁，则用 gsin? 代替以上各式中的 g 即可 (4) 水平圆管 努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结 式中：下标“ H ”表示水平管，“ S ”表示球; d 为水 平管或球的直径。 定性温度与前面的公式相同 横管与竖管的对流换热系数之比： 3 边界层内的流态 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时Re， 式中： 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。 并且横管一般都处于层流状态 4 湍流膜状凝结换热 液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为1600。横管因直径较小，实践上均在层