传热学凝结与沸腾换热课件.pptVIP

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1

§6-1凝结换热凝结换热实例?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膜状凝结理论第六章凝结与沸腾换热2

凝结换热中的重要参数?蒸汽的饱和温度与壁面温度之差（t-t）sw?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3

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。g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第六章凝结与沸腾换热4

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第六章凝结与沸腾换热5

微元控制体边界层微分方程组：t(y)xThermalboundarylayersu(y)Velocityboundarylayers对应于p.141页(5-14)，(5-15)，(5-16)下脚标l表示液相第六章凝结与沸腾换热6

考虑（3）液膜的惯性力忽略?考虑（7）忽略蒸汽密度?考虑（5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热?只有u和t两个未知量，于是，上面得方程组化简为：第六章凝结与沸腾换热7

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t确定s第六章凝结与沸腾换热8

(2)局部对流换热系数整个竖壁的平均表面传热系数定性温度：注意：r按t确定s(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％左右修正后：第六章凝结与沸腾换热9

对于倾斜壁，则用gsin?代替以上各式中的g即可另外，除了对波动的修正外，其他假设也有人做了相关的研究，如当并且，时，惯性力项和液膜过冷度的影响均可忽略。(4)水平圆管努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结式中：下标“H”表示水平管，“S”表示球;d为水平管或球的直径。定性温度与前面的公式相同第六章凝结与沸腾换热10

横管与竖管的对流换热系数之比：3边界层内的流态无波动层流有波动层流凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据仍然时Re，湍流式中：ul为x=l处液膜层的平均流速；de为该截面处液膜层的当量直径。第六章凝结与沸腾换热11

如图由热平衡所以对水平管，用代替上式中的即可。并且横管一般都处于层流状态第六章凝结与沸腾换热12

4湍流膜状凝结换热液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为1600。横管因直径较小，实践上均在层流范围。对湍流液膜，除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递热量外，层流底层之外以湍流传递为主，换热大为增强对竖壁的湍流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数计算式为：式中：h为层流段的传热系数；h为湍流段的传热系数；ltxc为层流转变为湍流时转折点的高度l为竖壁的总高度第六章凝结与沸腾换热13

利用上面思想，整理的实验关联式：式中：。除用壁温计算外，其余物理量的定性温度均为第六章凝结与沸腾换热14

§6-3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2.蒸气流速流速较高