传热学第六章.ppt

2、大容器饱和沸腾传热（P108-109） （1）大容器饱和沸腾曲线 沸腾传热时，热流密度q随壁面过热度△t=tw－ts的变化关系曲线称为沸腾曲线（q～△t曲线）。 二、沸腾传热 第三节 凝结与沸腾传热 液体在大容器内饱和沸腾时，对于不同压力和不同流体，其沸腾曲线趋势相似，随着壁面过热度△t=tw－ts的增大，将会出现4个传热规律全然不同的区域： ①自然对流沸腾区 ②核态沸腾区 ③过渡沸腾区 ④稳定膜态沸腾区 2、大容器饱和沸腾传热 （1）大容器饱和沸腾曲线 第三节 凝结与沸腾传热 如图6-11所示为具有代表性的水在1个大气压下（1.013×105Pa）的大容器饱和沸腾曲线，图中横坐标为壁面过热度△t（对数坐标），纵坐标为热流密度q（算术坐标）。下面依次介绍4个区域的传热特性。 图6-11 ①自然对流沸腾区：（如图6-11中曲线OA段所示） 第三节 凝结与沸腾传热 2、大容器饱和沸腾传热 （1）大容器饱和沸腾曲线 ※壁面过热度很小，△tA≈5℃，被加热面加热的液体向上浮升，液体的运动主要取决于自然对流效应。 ※但这里的自然对流传热实质上属于过冷沸腾，其h和q值要比单相自然对流传热时略大。 ※该区域中，由于气泡的剧烈扰动，h和q都急剧增大，其终点达到qmax，C点的h＞104W/（m2·K），热流密度qmax＞106W/m2。 第三节 凝结与沸腾传热 2、大容器饱和沸腾传热 （1）大容器饱和沸腾曲线 ※从A点开始，加热面的汽化核心上将产生气泡，并逐渐成长，然后向上浮升，最后脱离液面进入容器空间。 ※开始阶段，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称为孤立汽泡区，即AB段。随着壁面过热度的进一步增加，汽化核心增加，汽泡互相影响，并会合成汽块及汽柱，即BC段。 ②核态沸腾区:（又称泡状沸腾）（如图6-11中曲线AC段所示） ※核态沸腾区具有温压小（△tC≈50℃）、传热强的特点， 所以一般工业应用都设计在该范围。 ③过渡沸腾区：（如图6-11中曲线CD段所示） 第三节 凝结与沸腾传热 2、大容器饱和沸腾传热 （1）大容器饱和沸腾曲线 ※过C点后，汽泡之间相互结合，汇聚在加热面上，部分壁面已交替地为汽膜所覆盖，蒸汽排除过程逐渐恶化，热阻增加，h和q反而随△t的增加而降低，这种情况持续到qmin为止。 ※因汽膜的形成和破裂很不稳定，本区域属于核态沸腾和膜态 沸腾同时存在的过渡沸腾，△tD≈150℃。 ④稳定膜态沸腾区：（如图6-11中曲线DE段所示） 第三节 凝结与沸腾传热 2、大容器饱和沸腾传热 （1）大容器饱和沸腾曲线 ※ 从qmin起传热规律再次发生转折。随着△t继续增加，汽泡迅速形成并结合，加热面全部被稳定的蒸汽膜层覆盖，产生的蒸汽有规则地离开膜层，并且因膜内壁温过高，辐射传热量急剧增加，因此h和q又随△t的增加而升高。 2、大容器饱和沸腾传热 （1）大容器饱和沸腾曲线 第三节 凝结与沸腾传热 图6-11 ⑤临界点C 上述热流密度的峰值qmax具有重大意义，被称为临界热流密度，C点称为临界点。 DNB: Departure from Nucleate Boiling(偏离核态沸腾规律） 第三节 凝结与沸腾传热 ※对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备，如电加热器、锅炉水冷壁等，一旦热流密度超过峰值，工况将沿qmax虚线跳至稳定膜态沸腾线，△t将猛升至近1000℃（△t＞ △tE），可能导致壁温超过金属材料的熔化温度而使设备烧毁，故C点亦称烧毁点。 ※对于蒸发冷凝器等壁温可控的加热设备，热流密度超过qmax后，随着△t增加，h和q值却反而减小。 ※工程应用中，一般电加热器的设计热流密度必须低于qmax。 2、大容器饱和沸腾传热 （1）大容器饱和沸腾曲线 ⑤临界点C 思考题： 1、对管内强迫对流传热，为何采用短管和弯管可以强化传热？ 2、管内湍流强迫对流传热时，流速增加一倍，其他条件不变， 对流传热系数h如何变化？管径缩小一半，流速等其他条件 不变时，h如何变化？管径缩小一半，体积流量等其他条件 不变时，h如何变化？ 3、其他条件相同时，流体横向冲刷或纵向冲刷同一根圆管， 哪个的对流传热系数大？为什么？ 4、有一电功率为300W的电烫斗，试分析其热面向下挂在室内 和热面向上挂在室内时，哪一种情形的壁温tw高？ 5、试述珠状凝结和膜状凝结的形成与特点。 本章思考题、习题 思考题： 6、水蒸汽在管外凝结传热时，一般将管束水平放置而不竖直 放置，为什么？ 7、空气横掠管束时，沿流动方向管排数越多，传热越强，而 蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多， 传热强度降低。试解释上述现象。 8、简述影响膜状凝结传热的主要因素