第七章相变换热的强化传热方法

1、 第七章第七章 相变换热的强化传热方法相变换热的强化传热方法 膜状凝结 凝结发生在 凝结发生在 珠状凝结 珠状凝结的传热系数膜状凝结的传热系数珠状凝结的传热系数膜状凝结的传热系数 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 强化膜状凝结 加速凝结液的排放减薄液膜厚度 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 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

2、流动时，粗糙度对扰动液膜作用不大。 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管管 图4：C管 图5 C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 径向辐射肋管径向辐

3、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 径向辐射肋管径向辐射肋管 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 7.1.2 管内凝结传热的强化管内凝结传热的强化 管 型 螺 旋 槽 管内 螺 旋 翅 片 管 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，

4、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管内强化传热管 令水在管内流动形成螺旋流，使边界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。层分离、减薄，使水侧传热得以强化。 减少由于管外扎槽对管外可加工面减少由于管外扎槽对

5、管外可加工面 积减少的影响，尽可能减少管内水积减少的影响，尽可能减少管内水 侧的流动阻力。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：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

6、化沸腾传热的强化 沸腾沸腾 容积沸腾容积沸腾 表面沸腾表面沸腾 池内沸腾池内沸腾 流动沸腾流动沸腾 发生在大容器中发生在大容器中 且不发生定向流动且不发生定向流动 发生在液体通过发生在液体通过 管道做定向运动管道做定向运动 发生在液体容积发生在液体容积 内部，且不存在内部，且不存在 固体加热表面固体加热表面 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沸腾传热技术的研究 核态池沸腾换核态池

7、沸腾换 热的机理模型热的机理模型 对流类比模型对流类比模型 气液交换机理气液交换机理 液体微层汽化机理液体微层汽化机理 核态沸腾换热的复合核态沸腾换热的复合 沸腾表面的活化核心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活化核心。 7.2.2 池沸腾强化传热技术池沸腾强化传热技术 影响泡状沸腾影响泡状沸腾 传热主要因素传热主要因素 换热面特性换热面特性流体特性参数流体

8、特性参数换热面布置及形状换热面布置及形状 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 7.2.3 流动沸腾强化传热技术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强化流动沸腾传热的方法 1.各种特殊加工和处理的表面各种特殊加工和处理的表面 2.肋化表面肋化表面 通过附加肋片扩大传热面积来减少对流换热热阻，从而达通过附加肋片扩大传热面积来减少对流换热热阻，从而达 到强化传热的目的。到强化传热的目的。 3.移植式强化物移植式强化物 将强化物置于非传热面而使传热得到强化将强化物置于非传热面而使传热得到强化 4.涡流装置涡流装置 最普遍采用的涡流装置是扭曲带，螺旋管