第七章凝结及沸腾换热传热学课件

凝结换热的强化1程锟伦§-1

凝结换热gg一.概述凝结工质在饱和温度下由气态转化为液态的过程称为凝结.凝结形式膜状凝结:当凝结液能很好地润湿壁面时,凝结液将形成连续的膜向下流动2(2)

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(3)

两种凝结形式的比较膜状凝结:由于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，液膜厚度及运动状态直接影响了热量传递。珠状凝结:由于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）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.3二.膜状凝结换热1.

层流膜状凝结换热理论解

(1)假定常物性；蒸气静止；液膜的惯性力忽略；气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度；膜内温度线性分布，即热量转移只有导热；液膜的过冷度忽略；忽略蒸汽密度；液膜表面平整无波动4边界层微分方程组：下脚标

l

表示液相gt(y)Thermal

boundarylayersu(y)Velocity

boundarylayers微元控制体x(2)理论解的推导5考虑（7）忽略蒸汽密度6

考虑（5） 膜内温度线性分布，

即热量转移只有导热

考虑（3）液膜的惯性力忽略

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

ts

确定7(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

ts

确定(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％左右竖壁:8水平圆管:用

gsinϕ

代替以上各式中的

g 即可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倾斜壁: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横管与竖管的对流换热系数之比：9时，惯性力项和液膜过冷度的影响均可忽略。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，10无波动层流有波动层流湍流(1) 凝结液膜雷诺数Rec凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据仍然时Rec，式中：um

壁的底部液膜断面平均流速；de

液膜层的当量直径。2.

层流膜状凝结换热准则关联式11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如图12(2) 凝结准则Co(3)

准则关联式竖壁:水平管:13三. 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1800。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，换热大为增强竖壁湍流液膜段的平均表面传热系数:14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：hl

为层流段的传热系数；ht

为湍流段的传热系数；xc

为层流转变为湍流时转折点的高度l

为竖壁的总高度15四. 影响膜状凝结的因素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蒸气流速流速较高时，蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，增大；反之使 减小。过热蒸气要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。16液膜过冷度及温度分布的非线性如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，要用下式代替计算公式中的

，管子排数管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。管内冷凝此时换热与蒸气的流速关系很大。蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于管子上半部。流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子四周，中心为蒸气核。1