传热学沸腾强化ppt课件.ppt

强化传热技术,2020/5/14,第八章沸腾换热的强化,8.1沸腾过程1934年日本科学家拔山(Nukiyama)发表第一条测得的沸腾曲线1931年Jakob研究传热表面状况对核沸腾的影响时发现表面喷砂后，核沸腾传热可提高15%以上，但此种强化效果只能维持一天；他还发现在表面上刻划深为0.016mm、间距为6.48mm的浅槽，可使核沸腾传热最初可提高三倍，但几天后强化效果不复存在。1955年后陆续又有一些论文发表，重新研究粗糙表面对于强化沸腾传热的作用。1960年Griffith等指出，空穴的开口尺寸决定了初始沸腾所需的壁面过热度，而空穴内部的形状决定了沸腾的稳定性。1980年Webb的综述论文可以作为进入此领域的必读文献。,强化传热技术,2020/5/14,产品：美国UnionCarbide公司的HighFlux管德国WielandWerke公司的Gewa-T管日本日立公司的Thermoexcel-E管都能使沸腾传热得到成倍提高。,强化传热技术,2020/5/14,沫态也称核态,热流密度q,过渡阶段,充分发展核沸腾区,偏离核沸腾DNB,强化传热技术,2020/5/14,沸腾强化过程远比单相介质传热复杂，除了传热系数的提高外还有：临界热流的提高。很多场合更关心“沸腾危机”，即提高临界热流，避免“烧毁”的发生。对“偏离自然对流”的促进。膜沸腾的强化。由于应用很少，其性能和机理的研究也不多，较薄弱。,强化传热技术,2020/5/14,对“偏离自然对流(DNC)”的促进,某个模拟集成电路片的沸腾曲线。热流上升时壁面温度可能大大超过正常的数值，热流达到一定值时，沸腾突然发生，壁温同时陡然下降，此现象称为“温度过头”；温度下降时沸腾曲线与上升时不完全相同。在同样的热流密度下壁温过热度比上升时低。这种偏离称为“热滞后”(Hysterisis)。很多强化表面的“热滞后”现象常比光滑表面更严重。,性能优异的E管在DNC性能方面相当差,强化传热技术,2020/5/14,8.2沸腾强化的基本原则,降低表面的润湿性一些液体（如：有机致冷剂、液化气体），其液汽界面的表面张力系数lv比较小，因而其接触角也比较小.sv和sl分别为固体壁面同蒸汽和液体的表面张力系数对于接触角比较小、润湿性强的流体，液气界面是向上凸起的，气体容积减小时，界面曲率半径R随之减小，而需要的过热度却提高了，部分气体会因低于饱和温度而凝结，并放出潜热，气体容积进一步减小，不利于沸腾；如果液体的润湿性差、接触角大，则液气界面是向下凹的，则上述过程是稳定的，即气体容积的减小所需过热度也减小，气核存在的可能性较大，这自然促进了沸腾。例：传热面上做出密布的小坑，坑内有聚四氟乙烯。,强化传热技术,2020/5/14,应用带有凹陷形核化空穴的传热面降低液体的润湿性的方法对于氟利昂致冷剂等润湿性很强，接触角很小的液体难以奏效，可采用凹陷形核化空穴原则。形成小通道内的液膜蒸发小通道尺寸比核化空穴至少高一个数量级，密布在传热表面的小通道不但增加了传热面积，而且通道表面可能附着液膜。由于其厚度极薄，液膜热阻几乎可以忽略，液膜在较高的壁温下迅速蒸发，生成的蒸汽在通道内汇合，在浮升力作用下运动并逸出通道。,强化传热技术,2020/5/14,强化传热技术,2020/5/14,以上三个原则均用于核态沸腾的强化。对于过渡沸腾和膜沸腾，使用肋片是有效方法。,强化传热技术,2020/5/14,多孔金属覆盖层存在许多由金属颗粒构成的凹穴和隧道。增多了稳定的汽化核心，使汽化强度大为增加，可以在很低的过热度下沸腾。,强化传热技术,2020/5/14,8.3典型的沸腾强化表面,专利持有者：RLWebb,Trane公司,强化传热技术,2020/5/14,管表面有长短不同的肋片，然后将肋片向相反方向压弯，形成陷入的凹槽。,强化传热技术,2020/5/14,Gewa-T管将肋管上肋片顶部压成T型，管子上形成凹槽。,强化传热技术,2020/5/14,先制成螺旋形肋片，然后再压成图示双重凹陷结构。,强化传热技术,2020/5/14,KFujie,等,日立公司,返回,强化传热技术,2020/5/14,在低肋管表面的肋片之间，松驰地缠绕金属或非金属丝，属附着式强化表面。,强化传热技术,2020/5/14,将多股纤维组成的细索螺旋形绕在光管上或肋管的肋片之间，属附着式强化表面。,强化传热技术,2020/5/14,8.4强化表面的性能,多孔介质管,普通管,强化传热技术,2020/5/14,用于冷冻机蒸发器，E管与低肋管相比，传热面积下降26%，体积缩小30%。,E管,强化传热技术,2020/5/14,Gewa-T管的管束性能不如Gewa-T单管，但光管的管束性能优于单管。,强化传热技术,2020/5/14,Gewa-T管的实验数据,d-缝宽,强化传热技术,2020/5/14,附着式强化物,强化传热技术,2020/5/14,金属丝缠绕的光滑圆管的性能没有产生热滞后现象。,强化传热技术,2020/5/14,将聚四氟乙烯点散布在不锈钢传热表面，用水作工质，点子直径在0.25mm以下，密度为3060/cm2。对于非润湿表面。汽泡的曲率半径大，因而核化所需过热度比较低，汽泡生长之后，影响其邻近的润湿表面，从而使总的平均沸腾温度差下降。但此方法对于氟利昂、液氮等润湿性强的液体无效。,强化传热技术,2020/5/14,8.5管道中强制对流沸腾换热的强化,(1)垂直圆管内A区，液体温度和管壁温度都低于饱和温度.B区,tfts,但tw已足以产生汽泡.C区和D区，tf=ts,tw有足够的过热度，产生的汽泡增多，换热靠汽泡自壁面吸收蒸发热带入主流.E区和F区，蒸汽在管子中心形成汽柱，管壁形成环状液膜流动，F区液膜减薄蒸干.G区，蒸干后换热系数迅速下降，壁温急剧升高,主流中尚有雾状水滴.H区，单相强制对流.,tf,tw,强化传热技术,2020/5/14,（2）水平管内,后半程管壁上部会失水与蒸汽直接接触，管壁温度突然升高，周期性壁温变化，对金属材料强度不利。进口流速较高时，对于改善流动结构的不均匀性有利。,强化传热技术,2020/5/14,热负荷较小时，换热系数只与流速有关，流速越高，换热系数越大；随着热负荷增大，进入汽泡状沸腾换热方式，流速对换热系数已无影响。各条曲线汇合在一起。热负荷增大则换热系数也增大。,强化传热技术,2020/5/14,0.2MPa压力下水沸腾时蒸汽含量和换热系数的关系曲线。小于60%时，为常数；超过60%后蒸汽增多，流速加快，换热系数增大；但接近蒸干时，换热恶化，换热系数剧降。,解决的办法是用分离器来完成去除最后的水分，有条件的话，可考虑在最后一段补液,强化传热技术,2020/5/14,7条曲线代表7种由小到大不同的热流密度工况。曲线2比曲线1早发生过