C8凝结与沸腾换热.ppt

第七章 凝结与沸腾换热 特点：有相变的对流换热，换热过程中，流体都是在饱和温度下放出或者吸收汽化潜热，一般情况下，凝结和沸腾换热的表面传热系数要比单相流体的对流换热高出几倍甚至几十倍。 其工业应用也很广泛，如发电厂中的凝汽器、制冷装置中的冷凝器和蒸发器、热管等。 传热学 Heat Transfer §7-1 凝结换热现象 一、凝结换热过程 当蒸汽与低于其相应压力下的饱和温度的壁面接触时，将发生凝结过程。凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固体壁。 二、分类 根据凝结液在表面上的润湿情况，凝结换热可分为膜状凝结和珠状凝结两种形式。 传热学 Heat Transfer 1、膜状凝结 当液体能润湿壁面时，凝结液在壁面上形成一层完整的液膜，这种凝结形式叫膜状凝结。 2、珠状凝结 当液体不能润湿壁面时，凝结液在壁面上形成许多液滴，这种凝结形式称为珠状凝结。 传热学 Heat Transfer 三、两种凝结换热方式的比较 膜状凝结时，在壁面形成的凝结液膜阻碍蒸汽与壁面直接接触，蒸汽只能在液膜表面凝结，所放出的汽化潜热必须通过液膜才能传到壁面，液膜成为膜状凝结换热的主要阻力，因此如何排除凝结液、减小液膜厚度就是强化膜状凝结换热时考虑的核心问题。 当发生珠状凝结时，大部分的蒸汽可以与壁面直接接触凝结，所放出的汽化潜热直接传给壁面，因此珠状凝结换热与相同条件下的膜状凝结换热相比，表面传热系数要大几倍甚至一个数量级。 传热学 Heat Transfer 2、分析解的结果 整个竖壁的平均表面传热系数为 推广应用到水平圆管外的膜状凝结，平均表面传热系数为 注意：竖壁的计算公式同样适用于竖圆管，比较圆管竖放和水平放置的效果，为什么？ 传热学 Heat Transfer 传热学 Heat Transfer 3、分析解与实验结果的比较 实验表明，在低雷诺数时，分析解结果与实验结果很好的相符，但当Re20后，由于液膜表面波动，传热强化，实验值比理论值高20％。将上式进行修正得： 传热学 Heat Transfer 不凝结气体不断在液膜附近积累，使凝结过程增加了蒸汽传递过程的阻力，并降低液膜表面蒸汽的分压力，导致液膜表面的饱和温度下降，减少了凝结的驱动力，传热系数大大减弱。电厂的凝汽器都有抽气装置，以便及时排除空气。 四、影响膜状凝结的因素 1、不凝结气体 2、蒸汽的流速、过热度、表面的几何状况等也都有影响。 传热学 Heat Transfer 五、凝结换热的强化 通过上述分析可知，液膜的导热热阻是膜状凝结换热的主要热阻。因此，强化膜状凝结换热的关键措施就是设法将凝结液从换热面排走、尽可能减小液膜厚度。例如，目前工业上由水平管束构成的冷凝器都采用低肋管或锯齿形肋片管，利用凝结液的表面张力将凝结液拉入肋间槽内，使肋端部表面直接和蒸气接触，达到强化凝结换热的目的。 传热学 Heat Transfer 传热学 Heat Transfer §7-2 沸腾换热现象 一、沸腾换热的分类 大容器沸腾 （或称为池内沸腾） 强制对流沸腾 （主要是管内沸腾） 过冷沸腾： 饱和沸腾 液体主体的温度低于饱和温度。 液体主体的温度达到饱和温度。 传热学 Heat Transfer 二、大容器饱和沸腾曲线 通过对水在一个大气压（1.013×105Pa）下的大容器饱和沸腾换热过程的实验观察，可以画出图6-11所示的曲线，称为饱和沸腾曲线。曲线的横坐标为加热面的过热度；纵坐标为热流密度。 传热学 Heat Transfer 传热学 Heat Transfer ： 由核态沸腾向过渡沸腾转折处的热流密度被定为临界热流密度。 临界热流密度 确定临界热流密度的意义 传热学 Heat Transfer 三、汽化核心的分析 由核态沸腾的特点可以看出，汽泡的生成、长大及脱离加热面的运动对核态沸腾换热起决定作用。 实验观察和理论分析一致得出，汽泡是在加热面上所谓的汽化核心处生成的，而形成汽化核心的最佳位置是加热面上的凹缝、孔隙处，这里残留着微量气体，最容易生成汽泡核（即微小汽泡）。 汽化核心示意图 传热学 Heat Transfer 对单个汽泡在液体中存在的条件（满足力的平衡和热平衡）分析可得，气泡的半径需满足 式中：? — 表面张力，N/m；r — 汽化潜热，J/kg ?v — 蒸汽密度，kg/m3；tw — 壁面温度，?C ts — 对应压力下的饱和温度， ?C 可见， (tw – ts ) ? , Rmin? ? 同一加热面上，称为汽化核心的凹穴数量增加 ?