西安交大热工基础第11章对流换热2.ppt

热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,1/66,五、强制对流换热及其实验关联式,管槽内强制流动与换热的特点,内部流动过程中，一侧固体表面上的边界层在形成和发展过程中可能受到另一侧固体表面的限制，形成边界层干扰或汇合,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,2/66,流动入口段：速度边界层厚度由零发展到汇合于通道中心,换热入口段：热边界层厚度由零发展到汇合于通道中心，换热强度由最高而逐渐减弱,充分发展段,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,3/66,Turbulentflow,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,4/66,特征长度；截面平均速度；截面平均温度,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,5/66,管内湍流换热计算,Bolter-Dittus公式,三大特征量,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,6/66,适用范围,Re=1041.2105，旺盛湍流,Pr=0.7120，包括空气、水、油,l/d60，平均换热系数；如果是短管则需修正,边界条件：给定温度或给定热流边界均可,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,7/66,t=tw-tf,气50,水20,油10,中等温差，非tin-tout,思考：,不适用于液态金属，Pr10-2,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,8/66,应用范围扩大,短管l/d密度的不均匀浮升力,不均匀的温度场不一定引起自然对流,与强制对流不同，不依靠泵或风机等外力推动,换热很弱，但经济、安全、平静,物体表面上总换热量常需同时考虑与周围气体间的自然对流以及与周围其它表面间的辐射换热,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,26/66,速度与温度分布的特点,TwT,思考：Twh膜；,（2）珠状凝结很难保持，工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结；,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,39/66,（4）影响膜状凝结的主要因素,不凝结气体蒸汽流速管子排数管内冷凝凝结表面情况,强化的原则：尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度。,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,40/66,实现的方法：尖锋的表面使凝结液尽快从换热表面上排泄掉如低肋管、纵向沟槽等表面改性，使膜状凝结变为珠状凝结表面涂层（油脂、纳米技术）、离子注入,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,41/66,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,42/66,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,43/66,2沸腾换热简介,（1）液体汽化的两种方式,定义,蒸发（evaporation）,沸腾（boiling）,工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,44/66,按流动动力分a).大容器(或池)沸腾(Poolboiling)：加热壁面沉浸在有自由表面液体中所发生的沸腾。,分类,加热表面,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,45/66,b).强制对流沸腾(Forcedconvectionboiling)：液体在外力的作用下，以一定的流速流过壁面时所发生的沸腾换热。工业上的沸腾换热多属于此。例如冰箱的蒸发器。,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,46/66,从主体温度分：a).过冷沸腾(Subcooledboiling)：液体的主体温度低于相应压力下饱和温度时的沸腾换热。b).饱和沸腾(Saturatedorbulkboiling)：液体的主体温度等于相应压力下饱和温度时的沸腾换热。例如烧开水,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,47/66,曲线,自然对流,核态沸腾,过渡沸腾,膜态沸腾,孤立汽泡区,汽块区,（2）大容器饱和沸腾曲线,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,48/66,对于热流密度可以控制的情况,工程指导,临界热流密度(CriticalHeatFlux)qmax及相对应的过热度t具有重要的意义,对于壁温可以控制的情况,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,49/66,孤立汽泡区,Theregionofisolatedbubbles,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,50/66,汽块区,Theregionofslugsandcolumns,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,51/66,过渡沸腾,Transitionalboilingregime,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,52/66,膜态沸腾,filmboiling,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,53/66,（3）影响沸腾换热的因素,不凝结气体,过冷度,重力加速度,液位高度,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,54/66,沸腾表面的结构,物理化学手段,强化换热思路：汽化核心,方法,用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等,机械加工方法,几种典型的强化表面,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,55/66,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,56/66,应用例题（1）冬天，摩托车手佩带护膝和头盔仅仅是为了安全吗？（“冷在风里”）,参考说明：外掠物体强制对流,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,57/66,（2）某女士抱怨说她的住所的窗户冬天漏风，因为坐在窗户旁边时她的脚感到冷,而且说这股漏风只有冬天有，夏天没有热风漏进来(她的住宅有空调，夏天窗户也是关着的)。请解释她的脚感到冷的原因。,参考说明：自然对流,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,58/66,（3）安装空调时，在往蒸发器和冷凝器内灌制冷工质时，为什么要确保机器内是真空的？,参考说明：不凝结气体,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,59/66,（4）同样大小的水珠滴在温度分别为120和400的两块铁板上，请问哪一滴水珠先汽化掉，为什么？,参考说明：大容器饱和沸腾曲线,热工基础FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer,60/66,（5）2000年11月11日，一辆满载滑雪者前往奥地利阿尔卑斯山旅游胜地的列车在通过一条山中隧道时突然起火，造成至少150人遇难，酿成近年来欧洲最大的列车事故。你知道部分幸存者是如何逃生的？,参考说明：江南时报(2000年11月16日第三版)这时，不知道是谁将车厢的钢化玻璃打出一个洞，已经有几个人钻出去了，“这时，我才想到，我也能出去。于是，我用力将女儿推出窗外，然后自己也钻了出去，那个洞不大，就是现在我还奇怪，我是如何钻出来的，隧道内如同地狱般漆黑一片。我与女儿沿着路轨旁的阶梯深一脚浅一脚地向下山方向跑了有600米，终于到了隧道外，幸运生还”。生还者真是有如天助，因为有