传热学第六章课件 chapter6.ppt

1、传热，第六章冷凝和沸腾传热，本章主要介绍相变对流传热，即冷凝和沸腾。在这两种相变传热过程中，流体在饱和温度下释放或吸收汽化潜热，因此传热过程的性质和强度明显不同于单相流体的对流传热。一般来说，冷凝和沸腾传热的表面传热系数比单相流体的对流传热系数高几倍甚至几十倍。它也广泛应用于工业，如电厂的冷凝器、制冷设备的冷凝器和蒸发器、热管等。传热，冰箱蒸发器，空调冷凝器(室外机)，传热，6-1冷凝传热现象，1。冷凝传热过程中，当蒸汽在相应压力下接触到低于饱和温度的壁面时，就会发生冷凝。在冷凝过程中，蒸汽释放汽化潜热并将其传递到固体壁上。根据冷凝液在表面的润湿情况，冷凝传热可分为两种形式：薄膜冷凝和珠状冷凝

2、。1.薄膜冷凝，当液体能够润湿墙壁时，冷凝液在墙壁上形成一个完整的液膜。这种冷凝形式称为薄膜冷凝。2.珠子凝结。当液体不能润湿壁时，冷凝液在壁上形成许多液滴。这种冷凝形式称为珠状冷凝。传热，三种和两种冷凝传热方式的比较，液膜阻止蒸汽直接与壁面接触，蒸汽只能在液膜表面冷凝，液膜成为膜冷凝传热的主要阻力。减小液膜厚度是强化膜冷凝传热的关键。薄膜冷凝：传热，珠状冷凝：蒸汽可以直接与壁接触冷凝，蒸汽释放的汽化潜热直接传递到壁上，壁比薄膜更像珠状，难以保持。传热，6-2薄膜冷凝解析解和实验关联式，1。薄膜冷凝解析解，1916年努瑟对层流薄膜冷凝传热进行了理论分析，得到了著名的努瑟理论解。根据层流膜冷凝传

3、热的特点，他提出了以下合理的假设：传热，1。解析解的简化假设，(1)恒定的物理性质；(2)蒸汽是静态的，在液膜表面没有粘滞力；(3)液膜速度慢，忽略了液膜的惯性力；(4)气液界面无温差；(5)液膜内部的传热仅取决于热传导；(6)忽略液膜的过冷度；(8)液膜表面无波动。(7)；传热，边界层微分方程组：下面的标签L代表液相，传热，考虑(3)忽略液膜的惯性力，考虑(5)膜中的线性温度分布，即传热只传导热量，应用边界层外的伯努利方程，只有两个未知数u和t，所以上述方程简化如下：(7)忽略蒸汽密度，传热，边界条件：传热，传热，2。分析结果表明，适用于水平圆管外薄膜冷凝的整个垂直壁面平均传热系数为，平均传

4、热系数为。注：垂直墙的计算公式也适用于垂直圆管。比较圆管垂直放置和水平放置的效果。为什么？定性温度：tm=(ts tw)/2，传热，传热，3。将解析解与实验结果进行比较，实验结果表明，在低雷诺数下，解析解与实验结果吻合较好，但在Re20后，由于液膜表面的波动，传热增强，实验值比理论值高20。上述公式修改如下：传热，雷诺数，判断流型的标准数仍然是雷诺数；对于垂直壁膜冷凝，雷诺数为：临界雷诺数为：对于水平管道，由于其直径较小，实际上处于层流范围。传热、湍流膜凝结、整体平均表面传热系数发电厂的所有冷凝器都装有抽气装置，以便及时排除空气。第一，影响薄膜凝结的因素。非冷凝气体。蒸汽流量、过热、表面几何形

5、状等也有影响。热传递，2。强化冷凝传热，关键措施：减少液膜厚度，低翅片管或锯齿形翅片管，排水装置，传热，传热，6-4沸腾传热现象，1。沸腾传热的分类，大容器沸腾(或池沸腾)，强制对流沸腾(主要是管沸腾)，过冷沸腾，液体的温度达到饱和温度。传热，大容器的饱和沸腾曲线，通过在一个大气压(1.013105Pa)下对大容器中水的饱和沸腾传热过程的实验观察，可以绘制出图6-11所示的曲线，称之为饱和沸腾曲线。曲线的横坐标是加热表面的过热；纵坐标是热通量。传热，传热，确定临界热流的重要性，传热，3。汽化核心分析。从泡核沸腾的特性可以看出，气泡的形成、增长和远离受热面的运动对泡核沸腾传热起着决定性的作用。实

6、验观察和理论分析一致认为，加热面上的所谓汽化核心处会产生气泡，形成汽化核心的最佳位置是加热面上的凹缝和孔隙，在此处会残留微量气体，最容易产生气泡核心(即微小气泡)。汽化核心示意图，传热的传热，对液体中单个气泡存在条件的分析(满足力平衡和热平衡)表明，气泡半径应满足：其中：表面张力，n/m；r汽化潜热，J/kg v蒸汽密度，kg/m3；Tw壁温，C ts对应于压力下的饱和温度，C可以看到，(tw ts)，Rmin在同一受热面上，称为汽化核心的空腔数量增加，汽化核心的数量增加，传热增强，问题是：放在大容器中的小容器中的水能像本主题附图所示那样沸腾吗？解释一下。传热，6-5沸腾传热的计算公式，1。大

7、型容器的饱和核态沸腾主要受壁面过热度和汽化核心数的影响，而汽化核心数受壁面材料、壁面条件、压力和物理性质的影响，实际情况比较复杂。下面给出了两个公式。1。米哈伊耶夫的计算公式(水)，传热，2。罗森堡公式被广泛用于强制对流传热。根据这个公式，由于沸腾传热也属于对流传热，St=f (Re，Pr)也应适用。正是在这种思路下，罗森豪通过大量实验得到了以下实验关联式：(1)传热系数，即汽化潜热；Cpl饱和液体的恒压比热容；重力加速度；饱和液体的动态粘度；Cwl取决于加热表面液体；组合情况下的经验常数(表6-1) q沸腾传热的热通量；s经验指数，水s=1，否则，s=1.7。热传递，2。大型容器中沸腾的临界热流。书中推荐了以下经验公式：3 .大型容器中膜沸腾的关联，水平管中的膜沸腾，传热，其中：考虑热辐射的影响，由于膜传热，壁温通常较高。因此，有必要考虑热辐射对传热的影响，它有两个部分，一是直接增加。因此，必须综合考虑热辐射效应。传热，6-6影响沸腾传热的因素，沸腾表面的微小凹坑最有可能产生汽化核心，因此，更多的凹坑和汽化核心将增强传热。近几十年来，强化沸腾传热的研究主要集中在增加表面凹坑上。目前常用的方法有两种：(1)通过烧结、钎焊、火焰喷涂和电离沉积等物理化学方法在换热表面形成多孔结构。(2)加工方法。影响核态沸