传热学第六章凝结与沸腾换热.ppt

第六章 凝结与沸腾换热 * §6-6 影响沸腾换热的因素 沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素也最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响因素也只针对大容器沸腾换热。 1 不凝结气体 对膜状凝结换热的影响？ 与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某种程度的强化 2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热时， ，因此，过冷会强化换热。 见p.183 第六章 凝结与沸腾换热 * 3 液位高度 当传热表面上的液位足够高时，沸腾换热表面传热系数与液位高度无关。但当液位降低到一定值时，表面传热系数会明显地随液 位的降低而升高(临界液位)。 图中介质为一个 大气压下的水 4 重力加速度 随着航空航天技术的发展， 超重力和微重力条件下的 传热规律得到蓬勃发展， 但目前还远没到成熟的地 步，就现有的成果表明： 第六章 凝结与沸腾换热 * 从0.1 ~ 100?9.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热规律没有影响，但对自然对流换热有影响，由于 因此，g ? ? Nu ? ? 换热加强。 5 沸腾表面的结构 沸腾表面上的微笑凹坑最容易产生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，换热就会得到强化。近几十年来的强化沸腾换热的研究主要是增加表面凹坑。目前有两种常用的手段：(1) 用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与化学手段在换热表面上形成多孔结构。(2) 机械加工方法。 第六章 凝结与沸腾换热 * 第六章 凝结与沸腾换热 * 思考题： 1.膜状凝结和珠状凝结的概念. 2.纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热分析解的基本推导方法. 在这个推导方法中 最基本的假设是什么? 4.对于单根管子, 有那些因素影响层流膜状凝结换热? 它们 起什么作用? 5.对于实际凝结换热器, 有那些方法可以提高膜状凝结换热 系数? 6.池内饱和沸腾曲线可以分成几个区域? 有那些特性点? 各 个区域在换热原理上有何特点? 7.气化核心的概念. 沸腾气泡产生的物理条件. 8.画出水的池内饱和沸腾曲线. 掌握特性点的基本数值范围. 第六章 凝结与沸腾换热 * 9.什么是临界热流密度? 什么是烧毁点? 如果是定壁温加热 条件, 还会有烧毁现象出现吗? 10.为什么对于不同的表面粗糙度, 核态沸腾换热系数有很 大的不同? 11.那些因素影响核态沸腾换热? 12.沸腾换热的基本计算方法? 第六章 凝结与沸腾换热 * 第五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，工程上也只能助于经验公式和实验关联式。 第六章 凝结与沸腾换热 * §6-1 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 第六章 凝结与沸腾换热 * 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 第六章 凝结与沸腾换热 * 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 第六章 凝结与沸腾换热 * 虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结，因此，教材中只简单介绍了膜状凝结 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。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了，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。 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