传热传质学第5章—45学时(相变换热).ppt

第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.1凝结换热现象,凝结蒸汽转变为液态的过程,凝结的实现,蒸汽在亚临界状态下，通过压缩或冷却 可在汽空间里进行，也可在冷却表面上进行,凝结方式（主要讨论换热表面上的凝结）：,膜状凝结凝结相以稳定的液膜在换热表面上形成。 珠状凝结凝结相在换热表面上形成液滴。,控制机理,如果凝结液能润湿换热表面形成膜状凝结； 如果凝结液不能润湿换热表面形成珠状凝结,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.1凝结换热现象,润湿性液体从固体表面推开气体的现象,当90o，液体润湿固体表面,当90o，液体不润湿固体表面,当=0o，液体完全润湿固体表面；,当=180o，液体完全不润湿固体表面；,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.1凝结换热现象,换热特点,膜状凝结液膜为换热的主要热阻,珠状凝结换热系数比膜状凝结高510倍。,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式,一、表面传热系数的定义,sSaturated w-wall,二、换热热阻,= 凝结液膜热阻+相分界面热阻(相间热阻),三、换热热流,r-汽化潜热,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式,四、流动状态的影响,凝结液膜的热阻与流动状态有关，通过层流流动液膜的热流主要依靠导热，而通过紊流流动液膜的热流除导热外还以液体的横向掺混。,流态的判定：液膜雷诺数Re,Re1600时为层流,Re1600时为紊流,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式,四、纯净蒸汽在静止空间内的凝结换热(求表面传热系数h),假设：,1.常物性； 2.蒸汽静止； 3.忽略液膜的惯性力； 4.无相间热阻（液膜温度等于饱和温度）； 5.液膜内只有导热，无对流（温度线性分布）； 6.忽略液膜的过冷度（液体的散热热流不计）； 7.汽相密度远小于液相密度； 8.液膜表面平整无波动。,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式,四、纯净蒸汽在静止空间内的凝结换热(求表面传热系数h),因为,所以,只要求出液膜厚度沿x的变化，即可求出局部对流换热系数,只要求出某一段距离的平均液膜厚度，即可求出该段的平 均对流换热系数,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式,四、纯净蒸汽在静止空间内的凝结换热(求表面传热系数h),如何求液膜厚度的d，见课本,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式,四、纯净蒸汽在静止空间内的凝结换热(求表面传热系数h),水平圆管,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式,四、纯净蒸汽在静止空间内的凝结换热(求表面传热系数h),实际液膜下降的过程中，表面要产生波动，凝结换热系数加强，工程上常将理论解放大20%,定性温度：除汽化潜热用饱和温度外，其余物性全用tm查,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.2膜状凝结换热分析解及实验关联式,四、纯净蒸汽在静止空间内的凝结换热(求表面传热系数h),将Re数代入到换热系数关系式中得：,五、紊流膜状凝结换热,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.3 影响膜状凝结换热因素的讨论,不凝气体：使换热系数减小。,蒸汽流速：流动方向一致，换热系数增大流动方向相反，换热系数减小,过热蒸汽：计算公式中的汽化潜热改为过热蒸汽与饱和液体的焓差,液膜过冷度：用r代替公式中的r。,管排的影响 将特征尺度d换成nd 。,膜状凝结换热的强化,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.4 沸腾换热,沸腾温度高于饱和温度的液体，在容器内产生强烈的汽化并形成汽泡的过程,与单相介质对流换热不同,有相变,沸腾存在着汽泡所携带的附加质量和热量传递,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.4 沸腾换热,沸腾分类：,大容积沸腾加热表面沉浸在具有自由表面的液体中的沸腾。,强制对流沸腾主要应用于管内沸腾,过冷沸腾远离壁面的液体未到饱和温度时，在换热表面上的沸腾，产生的汽泡进入较冷的液体内凝结,饱和沸腾主体温度达到饱和温度，壁面温度高于饱和温 度时的沸腾。,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.4 沸腾换热,一、大容积沸腾,1、沸腾曲线,控制加热壁温,控制加热热流,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.4 沸腾换热,一、大容积沸腾,2、气泡的最小半径,核态沸腾温差较小，换热强烈，工业上一般都设计在这个范围。核态沸腾区，气泡的扰动对换热起重要作用。气泡的形成与脱落取决于微观特性和与过程有关的状态参数。气泡的微观过程包括：,气泡的临界半径气泡生成瞬间的最小半径,气泡的增长速度,气泡的脱离直径,气泡的脱离频率,第五章 凝结与沸腾换热 (Condensation and Boiling Heat Transfer),5.4 沸腾换热,一、大容积沸腾,2、气泡的最小半径,最小半径相当于换热表面粗糙度的尺寸，最小半径由气相和液相的热学和力学平衡决定。,由力平衡：,由热平衡：气泡中蒸汽是饱和的，饱和温度应等于周围流体的温度有,因为,所以,气泡外的液体是过热的，壁面