热质交换原理与设备 第3章

1、第3章3.1液体沸腾换热3.2蒸汽凝结换热3.3固-液相变3.4相变热质交换设备和系统3.1液体沸腾换热3.1.1沸腾换热现象3.1.2沸腾换热量和表面传热系数的计算3.1.1沸腾换热现象1.核态沸腾汽化核心分析2.强迫对流沸腾2.强迫对流沸腾(1)外部强迫对流沸腾流体沿加热平板流动时产生的沸腾为外部强迫对流沸腾。(2)内部强迫对流沸腾水管锅炉和制冷系统的管式蒸发器中的沸腾属于内部强迫对流沸腾。3.1.2沸腾换热量和表面传热系数的计算1.大容器饱和核态沸腾的计算式2.大容器膜态沸腾的计算式3.制冷剂在管束外和管内沸腾换热计算式3.2蒸汽凝结换热3.2.1凝结换热现象3.2.2凝结换热量和表面传

2、热系数的计算3.2.1凝结换热现象图3-1两种凝结形式示意图3.2.2凝结换热量和表面传热系数的计算1.努塞尔分析解2.膜状凝结实验解3.制冷剂的凝结放热3.制冷剂的凝结放热(1)制冷剂在水平肋管表面上的冷凝根据肋片的结构，肋管的总外表面积A等于水平部分的面积Ap和垂直面积Av之和。(2)制冷剂在水平管内的冷凝当气流速度不大时，管内冷凝放热可按管外冷凝放热计算。图3-2肋片结构示意图图3-3管内凝结示意图3.3固-液相变3.3.1相变传热3.3.2一维半无限大物体相变传热问题的求解25图3-4半无限大物体凝固过程示意图3.4相变热质交换设备和系统3.4.1冷凝器3.4.2蒸发器3.4.3相变储

3、能系统8.100的饱和水蒸气在外径60mm，高1m，表面温度为60的竖管表面上凝结，求凝结液量?3.4.1冷凝器1.水冷式冷凝器2.空冷式冷凝器3.蒸发式冷凝器1.水冷式冷凝器(1)立式壳管冷凝器如图3-5所示为立式壳管冷凝器示意图。(2)卧式壳管冷凝器如图3-6所示为卧式壳管冷凝器示意图。(3)套管式冷凝器如图3-7所示为套管式冷凝器示意图。图3-5立式壳管冷凝器图3-6卧式壳管冷凝器图3-7套管式冷凝器图3-8空冷式冷凝器图3-9蒸发式冷凝器3.4.2蒸发器1.满液式蒸发器2.非满液式蒸发器3.4.2蒸发器图3-10蒸发器的形式1.满液式蒸发器(1)卧式壳管蒸发器为了降低被冷却介质水或盐水

4、的温度，制冷系统中多采用卧式壳管蒸发器，如图3-11所示。(2)水箱式蒸发器如图3-12所示为立管式冷水箱示意图。图3-11卧式壳管蒸发器图3-12立管式冷水箱1水箱2管组3液体分离器4集油罐5均压管6螺旋搅拌器7出水口8溢流口9泄水口10隔板11盖板12保温层2.非满液式蒸发器(1)干式壳管蒸发器干式壳管蒸发器属于非满液式，构造与壳管式蒸发器类似，如图3-13所示。(2)直接蒸发式空气冷却器冷库中多采用安装在顶棚下或墙壁面的排管来直接冷却库内的空气，排管可以用光管或用片距为812mm的肋片管。图3-13干式壳管蒸发器图3-14直接蒸发式空气冷却器图3-15分液器示意图a)离心式分液器b)碰撞

5、式分液器c)降压式分液器3.4.3相变储能系统1.相变围护结构2.空调冰蓄冷系统1.相变围护结构(1)相变围护结构的节能原理相变围护结构主要包括相变墙体和相变地板。(2)相变材料的种类和性能目前最有前途的用于墙体和地板中的相变储能材料包括固液相变材料石蜡和固-固相变材料多元醇。(3)相变材料与建筑材料的结合方式相变材料如何作为组元引入现有建筑结构中是开发相变节能建筑结构的关键问题之一。2.空调冰蓄冷系统(1)冰蓄冷系统的种类冰蓄冷系统的分类主要是根据制冰方式来分的。(2)制冰方法静态制冰方法有管外制冰、管内制冰和密闭容器制冰。(3)静态制冰系统(4)动态制冰系统流动过冷水动态制冰系统的示意图如图3-20所示。复习思考题和习题1.汽化核心形成的条件是什么?2.为什么壁面过热度越大，沸腾越剧烈?3.为什么不凝结气体的存在对沸腾换热是有利的?4.为什么在换热表面上造成多孔结构可以强化沸腾换热?5.为什么不凝结气体的存在对凝结换热是不利的?6.一台卧式蒸汽热水器，黄铜管外径d=20mm，表面温度为70，水蒸气压力为4.76105Pa，蒸汽为饱和蒸汽，热水器上垂直列上共有14根管，求凝结传热系数。7.压力为1个标准大气压的水蒸气在水平圆管上凝结，圆管外径为40