第十六章各种对流换热过程的特征及其计算公式.pptVIP

第一节 受迫对流换热 一、流体沿平壁流动时的对流换热 2、流体横掠圆管束时的换热 第二节 自然对流换热 流体受壁面加热或冷却而引起的自然对流换热 与流体在壁面 附近的由温度差异所形成的浮升力有关。不均匀的温度场造成 了不均匀的密度场，由此产生的浮升力成为运动的动力。 在热壁面上的空气被加热而上浮,而未被加热的较冷空气因密 度较大而下沉。所以自然对流换热时,壁面附近的流体不像受迫 对流换热那样朝同一方向流动。 一般情况下，不均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。在贴壁处，流体温度等于壁面壁面温度tW，在离开壁面 的方向上逐步降低至周围环境温度。 定义： 由流体自身温度场的不均匀所引起的流动称为自然对流。 自然对流亦有层流和湍流之分。 以一块热竖壁的自然对流为例，其自下而上的流动景象示出于下图a。 在壁的下部，流动刚开始形成，它是有规则的层流；若壁面足够高，则上部流动会转变为湍流。 不同的流动状态对换热具有决定性影响：层流 时，换热热阻完全取决了薄层的厚度。从换热壁面下端开始，随着高度的增 加，层流薄层的厚度也逐渐增加。局部表面传热系数也随 高度增加而减小。 一、膜状凝结分析解及关联式 二、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 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 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。 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。 ?其特点： （ 1 ）汽膜中的热量传递不仅有导热，而且有对流； （ 2 ）辐射热量随着 的加大而剧增，使热流密度大大增加； （ 3 ）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。 (1)膜状凝结 定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式，称膜状凝结。 特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷却壁面上， 此时液膜成为主要的换热热阻 g (2)珠状凝结 定义：凝结液体不能很好地湿润壁面，凝结液体在壁面上形成一个个小液珠的凝结形式，称珠状凝结。 特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。 所以，在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。 g 1、纯净蒸汽层流膜状凝结分析解 假定：1）常物性；2）蒸气静止；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 根据以上 9 个假设从边界层微分方程组推出努塞尔的简化方程组，从而保持对流换热理论的统一性。同样的，凝结液膜的流动和换热符合边界层的薄层性质。 以竖壁的膜状凝结为例： x 坐标为重力方向，如图所示。 在稳态情况下，凝结液膜流动的微分方程组为 ： 下脚标 l 表示液相 考虑假定（3）液膜的惯性力忽略 考虑假定（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： 考虑假定（5） 膜内温度线性分布，即热量转移只有导热 边界条件： 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) 局部表面传热系数 整个竖壁的平均表面传热系数 定性温度： 注意：r 按 ts 确定 (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