华科传热学20-05.ppt

* * 5 膜状凝结的强化原则和技术 5.1 尽量减薄液膜厚度是强化膜状凝结的基本原则 蒸汽膜状凝结时，热阻就在于通过液膜层的导热。因此尽量减薄液膜层的厚度是强化膜状凝结的基本手段。为此，可以从两个方面着手。 * * 第一是减薄蒸汽凝结时直接粘滞在固体表面上的液膜； 其次是及时地将换热表面上产生的凝结液体排走，不使其积存在换热表面上而进一步使液膜加厚。 最近几十年国内外工程技术界（尤其是制冷工程界）开发出了许多强化技术来达到这些目的。 * * 5.2 强化技术简介 1）减薄液膜厚度的技术 最简单的减薄液膜厚度的方法是：对于竖壁或竖管在工艺图允许情况下，尽量降低换热面的高度，或者将竖管改置为横管。 这里着重介绍利用表面张力减薄液膜厚度的方法。 * * 如图所示的尖峰固体表面，对位于尖峰上的液膜做力分析表明：液膜的表面张力可以使尖峰上的液膜厚度大大减薄。 根据这个基本思想，开发出了多种强化表面。 尖峰上表张力的作用 * * 整体低肋管(integral low fin tube) 是最早的一种。 最初，人们仅认为肋片只是增加了凝结的面积，但实际的强化效果要较面积增加的份额大得多，这是因为位于肋片上的液膜受表面张力的作用而变薄了的缘故。 * * (a) 外形示意图 (b)肋片截面图(白色区域) 整体式低肋管 * * 随后适用于强化蒸汽在管外凝结的各种锯齿管(saw-tooth tube) 相继问世。 在制冷剂的冷凝器中，冷却水的热阻是次要的，主要热阻在制冷剂侧，强化凝结换热就特别有意义。 （a）三维锯齿示意图 （b）锯齿管纵截面图 锯齿管示意图 * * 家用空调的冷凝器中制冷剂蒸汽在管内凝结，已经成功地开发出二维与三维的微肋管。 二维微肋管中，螺纹是连续的，三维微肋管的螺纹是间断的。 下图所示为一种二维微肋管，管径在7～9mm, 肋片高度为0.1～0.2mm左右，周界方向的肋片数大约为50～70个。上述这类强化管已经广泛地应用于国内外的制冷、空调设备中。 * * （c）三维微肋 二维、三维微肋管照片 （a）二维微肋管 （b）微肋截面 * * 在上图 (b)中管子内表面的凹凸构型是内表面螺旋线的剖面。 当制冷剂蒸汽在光管外凝结时，其凝结传热系数较管内冷却水的传热系数小很多，传热过程的主要热阻在蒸汽凝结侧；但当管外得到有效强化后，外侧热阻明显减小，管内侧的热阻就会突显起来，于是就出现了对内表面采用螺旋线结构的这种强化管，称为双侧强化管，使整个传热过程能得到更为有效的强化。 * * 工程技术中常以制造换热管的胚管（光管）的面积作为比较表面传热系数依据。 对于低肋管，凝结换热的表面传热系数可比光管提高2～4倍。 锯齿管可以提高一个数量级。 微肋管则一般可提高2～3倍。 * * 2）及时排液的方法 下图示出了两种常见的加速排除凝结液体的方法，前者用于立式冷凝器，在凝液下流的过程中分段排泄，有效地控制了液膜地厚度， 图中管表面地沟槽又可以起到减薄液膜厚度的作用； 后者用于卧式冷凝器中，如大型电站的凝气器，图中的泄流板可使布置在该板上部水平管束上的冷凝液体不会集聚到其下的其它管束上。 * * (a) 排液圈 (b)泄流板（挡水板） 及时排液的措施 * * 最后要特别指出，在动力冷凝器中，如果系统密封良好，由于纯净水蒸气膜状凝结换热表面传热系数很大，凝结侧热阻不占主导地位。 但实际运行中凝汽器的泄漏是不可避免的，空气的漏入使冷凝器平均表面传热系数明显下降。 实践表明，采用强化措施可以收到实际效益。在制冷剂的冷凝器中，主要热阻在凝结一侧，凝结换热的强化就有更大现实意义。 * * 第5章作业 习题：46,52,53,59,67,70 * * 1916年，努塞尔首次提出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。 他抓住液膜层的导热热阻是主要热阻这一特点，忽略次要因素，是分析求解换热问题的一个典范。自1916年以来，各种修正或发展都是针对Nusselt分析的限制性假设而进行，并形成了各种实用的计算方法。 所以，我们首先得了解Nusselt对纯净饱和蒸汽膜状凝结换热的分析。 * * 基本假设： (1)纯净的饱和蒸汽，且物性为常数； (2)蒸汽处于静止状态，且忽略蒸汽与液膜之间的摩擦力； (3)忽略液膜的惯性力； (4)液膜与蒸汽之间无温度差，故液膜表面温度等于蒸汽的饱和温度tδ=ts； * * (5)液膜内温度分布为线性，使通过液膜的传热只存在导热方式而不存在对流方式； (6)液膜表面平整无波动； (7)忽略液膜过冷。 我们将根据以上假设，从边界层方程组出发，推导出Nusselt分析时所建立的简化方程，以