凝结强化传热

1,凝结换热的强化,2,影响凝结传热的因素,要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。,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,1.不凝结气体,2.蒸气流速,3.过热蒸气,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。,3,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。,4.液膜过冷度及温度分布的非线性,5.管子排数,6.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。,4,强化凝结换热的原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度。可用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。,7.凝结表面的几何形状,5,-1凝结换热,一.概述,1.凝结,2.凝结形式,膜状凝结:,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,工质在饱和温度下由气态转化为液态的过程称为凝结.,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)珠状凝结,6,(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.,凝结,膜状凝结,凝结发生在,气液接触面,凝结发生在,壁面,：,珠状凝结,so：,珠状凝结的传热系数膜状凝结的传热系数,在实际过程中，一般都是膜状凝结，可以对壁面进行预处理或蒸汽中加促进剂,在换热时，,蒸汽流速,对凝结换热影响尤为明显,蒸汽与液膜流动方向相同,力作用,液膜减薄,传热增强,蒸汽与液膜流动方向相反,力作用,阻碍液膜流动,液膜增厚,传热减弱,液膜脱离壁面,传热系数急剧增大,7.1.1管外凝结传热的强化,方法,1)粗糙表面法,2）采用各种形式的强化传热管,3)应用纵向肋或凹槽,1)粗糙表面法,壁面粗糙可以增强液膜湍流速度，所以能强化凝结换热效果。如用滚花冷辊管，其传热系数是光滑管的4倍。但是当液膜做层流流动时，粗糙度对扰动液膜作用不大。,2）采用各种形式的强化传热管,低肋管：利用冷凝液的表面张力使翅片顶部的液膜减薄来强化传热。,机理,由于在低肋管肋片上形成的液膜较薄，且换热面积要比光管大得多，因此传热量要比光管大得多。但由于肋片高度、间距以及液体表面张力对凝结换热有很大的影响，若参数选取不当，易形成搭桥现象或影响凝结液顺利流出。研究表明：一定尺寸的低肋管只能适用于表面张力一定的工质。,GEWA-TXY管,它的翅片外缘呈V字形状，管外冷凝传热系数是低肋管的1.21.6倍，比低肋管稍高。,C管,冷凝传热系数是低肋管的1.52倍，比GEWA管高80%。,图4：C管,图5C管的表面结构及其与低肋管、光管的性能比较,锯齿形翅片管,翅片的外缘周长比普通低肋管要长，这就扩大了表面张力作用的薄液区，另外相邻翅片间的锯齿错开排列也会激起冷凝液的湍动，使冷凝传热系数显著提高。,图6锯齿形翅片管,径向辐射肋管,虽然翅片没有锯齿尖，但其冷凝传热系数却比锯齿形翅片管要高30%。这是由于其翅片两侧都有呈辐射状分布的凸肋，细密的肋除增大外表面积之外，能充分利用冷凝表面张力作用及促进液膜的对流换热。,图7径向辐射肋管,3）应用纵向肋或凹槽,其特点：尖锐的前缘，从顶部到根部肋表面曲率逐渐变化；肋间有宽槽用以收集凝结液；在纵管沿垂直方向安装分段排液盘以便凝结液早脱落。,7.1.2管内凝结传热的强化,对比光滑管，其管内压降的提高比冷凝传热系数的提高更显著，因而强化冷凝传热效能不高,其具有相对较低的管内压降和高的冷凝传热强化性能，是强化管内冷凝传热的最佳管型,管内结构,翅片及沟槽断面均为梯形,翅片断面为三角形沟槽断面为梯形翅片均为二维结构,之前的低肋管、锯齿形翅片管、CCS管还有GEWA-TX管，均由于管外传热系数大幅度提高，热阻已从管外侧转移到管内水侧。为了促进管内水侧的换热，已不是采用提高水速的办法，而是将管子加工成内壁呈各种形状的凸肋，通过扰流破坏边界层来达到强化传热的目的。,下面是几种管内强化传热管,作用：,令水在管内流动形成螺旋流，使边界层分离、减薄，使水侧传热得以强化。,作用：,减少由于管外扎槽对管外可加工面积减少的影响，尽可能减少管内水侧的流动阻力。,DAE-2管目前被广泛用于制造国产冷水机组的换热器。它为波纹状单螺旋内槽管，管内表面加工有螺旋微槽，且在管外轧有一条大螺纹,DAEC管为波纹状交叉螺旋内槽管，与DAE-2不同的是在其内表面加工有两组相互交叉的螺旋微槽。,DAEC管平均传热系数比DAE-2管提高10%。主要原因：DAEC管比DAE-2管换热面积更大；DAEC管提供了更多的排液途径，有利于凝结液排走，肋尖端的波液膜区域更多：DAEC管中两组微槽相互交叉，对凝结液的扰动更猛烈。,7.2沸腾传热的强化,沸腾,容积沸腾,表面沸腾,池内沸腾,流动沸腾,发生在大容器中且不发生定向流动,发生在液体通过管道做定向运动,发生在液体容积内部，且不存在固体加热表面,无论是池内沸腾还是流动沸腾，液体沸腾都存在3种工况：核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸腾。,核态池沸腾是液体沸腾换热中最基本的一种沸腾过程。核态池沸腾换热有着很强的工业应用景，而且也是最简单的一种沸腾换热方式。,7.2.1沸腾传热技术的研究,核态池沸腾换热的机理模型,对流类比模型,气液交换机理,液体微层汽化机理,核态沸腾换热的复合,沸腾表面的活化核心,一般认为，加热壁面上总是存在着各种伤痕、裂缝和加工的痕迹，因此会形成许多大小不等的微小凹坑。当凹坑内的气泡核心长大到露出凹坑口部，且露出凹坑口部的小气泡半径大于或等于给定液体所对应的临界气泡半径时，气泡核心才能继续长大。这样的凹坑称为活化核心。,7.2.2池沸腾强化传热技术,a.换热面的加工方法b.表面粗糙度c.材料特性d.新旧程度,a.气体压力高能使汽化核心增多b.流体与换热表面的接触角小,对水平放置的管束，由于上升的蒸气在上部流速较大，引起了附加扰动，上部比下部传热系数高,7.2.3流动沸腾强化传热技术,影响流动沸腾传热的主要因素：流速、热流密度、热力学干度，换热面形状、几何结构尺寸、工质流动方式。下面介绍一些强化流动沸腾传热的方法,1.各种特殊加工和处理的表面,2.肋化表面,通过附加