化工原理课件传热2011第二节

1、4.3 对流传热4.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析4.3.2 对流传热速率对流传热速率4.3.3 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素4.3.4 对流传热系数关联式的建立对流传热系数关联式的建立4.3.5 无相变时的对流传热系数关联式无相变时的对流传热系数关联式4.3.6 有相变时的对流传热系数关联式有相变时的对流传热系数关联式4.3.1 对流传热过程分析对流传热过程分析 如果开启电扇，扇起风来，就感觉冷了，这是为什如果开启电扇，扇起风来，就感觉冷了，这是为什么？么？ 因为室内空气流速加大，空气将人体表面的热量带因为室内空气流速加大，空气将人体表面的热量带走的速率加大，人体内

2、部热量补充不上，所以感觉走的速率加大，人体内部热量补充不上，所以感觉冷。冷。 一杯热牛奶，用均匀搅拌比不搅拌要凉得快，边搅一杯热牛奶，用均匀搅拌比不搅拌要凉得快，边搅拌边吹风，则凉得更快。前者利用牛奶对流，后者拌边吹风，则凉得更快。前者利用牛奶对流，后者再加上空气对流。再加上空气对流。 空气的流速加大，可加快热量的传递，空气的流速加大，可加快热量的传递，对流传热机理对流传热机理 通过流体内分子的定向通过流体内分子的定向流动和混合流动和混合而导致热量的传递。而导致热量的传递。 指指流体与固体壁面流体与固体壁面直接接触时的传热，是流体的直接接触时的传热，是流体的对流对流与导热与导热两者共同作用的结

3、果。两者共同作用的结果。 传热速率传热速率与流动状况与流动状况有密切关系。有密切关系。 湍动程度越高，对流的传热速率越大湍动程度越高，对流的传热速率越大热流体冷流体thtcth,wtc,w 流体通过间壁的热交换对流传热的分类对流传热的分类自然对流：温差引起自然对流：温差引起密度差密度差，造成流体流，造成流体流。 强制对流强制对流：流体靠流体靠外加动力外加动力流动，造成对流流动，造成对流。层流边界层湍流边界层层流内层边界层界限u0u0u0 xy层流边界层：边界层内的流动类型为层流湍流边界层：边界层内的流动类型为湍流层流内层：边界层内近壁面处一薄层，无论边界层内的流型为层流或湍流，其流动类型均为层

4、流 近壁处，流体温度显著变化的区域近壁处，流体温度显著变化的区域-温度梯度温度梯度 热边界层的概念热边界层的概念 热边界层的形成过程（1 1）层流边界层（层流内层）内：）层流边界层（层流内层）内：热传导，热阻大；热传导，热阻大；（2 2）过渡区：）过渡区：热传导与对流传热热传导与对流传热共同起作用；共同起作用；（3 3）湍流区（主体流动区）：充）湍流区（主体流动区）：充满漩涡，混合很好，对流为主，热满漩涡，混合很好，对流为主，热阻小。阻小。（5）热边界层与流动边界层关系）热边界层与流动边界层关系 区别：本质不同，厚度不一定相等。区别：本质不同，厚度不一定相等。联系：研究问题方法相似，两者密切相

5、关。联系：研究问题方法相似，两者密切相关。School of Chemical and Energy Engineering, SCUT ，杨东杰博学博学 慎思慎思 明辨明辨 笃行笃行 Combined Convection and Conduction hot fluidinternal layer of laminar flowtube wallcold fluidt1t2T1T2QTwtwstatic， Conduction00RdxdtLaminar, Conduction+Conventionturbulentturbulent00Rdxdt说明：说明：流动边界层对传热边界层影响显著

6、，流动边界层对传热边界层影响显著， 改善流动状况，特别是减薄层流内层厚度改善流动状况，特别是减薄层流内层厚度， 可使传热速率大大提高。可使传热速率大大提高。如何强化传热如何强化传热?4.3.2 对流传热速率方程和表面传热系数对流传热速率方程和表面传热系数对流传热过程的简化模型对流传热过程的简化模型 真实模型真实模型 流体主体流体主体过渡层过渡层 层流内层层流内层对流对流 对流对流,导热导热 导热导热 研究方法：计算各层的热流量。研究方法：计算各层的热流量。hot fluidinternal layer of laminar flowtube wallcold fluidt1t2T1T2QTwt

7、w存在的问题存在的问题： 无法区分各区无法区分各区假设假设（1）在壁面附近存在一传热边界层（又）在壁面附近存在一传热边界层（又称有效称有效膜膜），热量以传热方式进行，在该区内集中着），热量以传热方式进行，在该区内集中着全部热阻，即全部温差；全部热阻，即全部温差；（2）在传热边界层外，）在传热边界层外，混混合很好，温度梯度已合很好，温度梯度已消失。消失。（层流内层外的热阻（层流内层外的热阻兑换兑换成成热传导热传导形式后的形式后的虚拟虚拟厚度厚度），），ThmTcmL1ThwL212TCW简化模型简化模型 有效膜（虚拟膜）有效膜（虚拟膜）：集中全部温差，以热传导方式传热集中全部温差，以热传导方式传

8、热。优点：优点：对流传热问题对流传热问题 导热问题导热问题 t t总有效膜厚总有效膜厚 e湍流区和过渡区虚拟膜厚湍流区和过渡区虚拟膜厚 层流底层膜厚层流底层膜厚膜模型：膜模型：et牛顿冷却定律t 对流传热系数，对流传热系数，W/(m2)tAQ 牛顿冷却定律：牛顿冷却定律：流体被冷却：流体被冷却： t=T-TW 被加热：被加热： t=tW-tTTWttW t热阻全部在此热阻全部在此牛顿冷却定律牛顿冷却定律：流体与壁温之差t难测定难测定 表示了对流传热的强度。关键是如何求表示了对流传热的强度。关键是如何求 ？实验测定实验测定因次分析因次分析（有利于传热），一定时，eRtuA layer of in

9、sulation is installed around the outside of a cylinder whose radius r1 is fixed and with a length L.uThe cylinder has a high thermal conductivity and the inner temperature T1 at point r1 2.Critical Thickness of Insulation for a CylinderThe cylinder is a metal pipe with saturated steam inside .The ou

10、ter surface of the insulation at T2 is exposed to an environment at T0 where convective heat transfer occurs. To determine the value of the critical radius r2 At steady state the heat-transfer rate Q through the cylinder and the insulation:)(02TTAQoutside area, A = 2r2 LAs insulation is added using

11、the two resistances T2 212011)/ln()(2rrrTTLQTo determine the effect of the thickness of insulation on Q, we take the derivative of Q with respect to r2, equate this result to zero, and obtain the following for maximum heat flow:01)/ln()11)(22212222012rrrrrTTLdrdQ crr2u(r2)cr is the value of the crit

12、ical radius when the heat-transfer rate is a maximum. u r2 (r2)cr, the increasing of r2 will decrease Q.uadding insulation on small electrical wires could increase the heat loss. uAdding insulation to large pipes decreases Q. crr21)/ln()(2101maxrTTLQ(r2)cr1)/ln()(2101maxrhTTLQEXAMPLE Insulating an E

13、lectrical Wire and Critical RadiusAn electric wire having a diameter of 1.5 mm and covered with a plastic insulation (thickness = 2.5 mm) is exposed to air at 300 K and h0 = 20 W/m2 K. The insulation has a of 0.4 W/m K. It is assumed that the wire surface temperature is constant at 400 K and is not

14、affected by the covering.(a).Calculate the value of the critical radius.(b).Calculate the heat loss per m of wire length with no insulation.( C) Repeat (b) for insulation being present. For part (a), For part (b), L = 1.0 m, r2 = 1.5/(2 x 1000) = 0.75 x 103 m, A = 2r2L. mmmrcr2002. 0204 . 02WTTAQ42.

15、 9)300400(1075. 0220)(302Hence, adding insulation greatly increases the heat loss.For part (c) with insulation, r1 = 1.5/(2 x 1000) = 0.75 x 103 m, r2 = (2.5 + 1.5/2)/1000 = 3.25 x 103 m. These is due to r2=3.25 x 103 m 0.02m重要结论 管路中常常要保温，以减少热损失，通常管路中常常要保温，以减少热损失，通常热损失随着保温层厚度的增加而减少热损失随着保温层厚度的增加而减少 在

16、小直径管外包扎性能不良的保温材料，在小直径管外包扎性能不良的保温材料，随保温层厚度的增加，可能反而使热损失随保温层厚度的增加，可能反而使热损失增大：增大：习题：有有252的蒸汽管道的蒸汽管道,管内饱和蒸汽温度为管内饱和蒸汽温度为130,管外包一层管外包一层 导热系数为导热系数为0.8 w/m2.的保温层的保温层,保温层外面的大气温度为保温层外面的大气温度为30 空气的传热膜系数为空气的传热膜系数为10w/m2 , 蒸气的传热蒸气的传热膜系数为膜系数为10000w/m2. 试问试问: 1. 是否在任何条件下都是保温层越厚是否在任何条件下都是保温层越厚,热损失热损失减少减少 ? 2. 最佳的保温层

17、的最佳的保温层的r为多少为多少? 问答题？ 在无相变的对流传热过程中，热阻主要集在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在？，减少热阻的最有效措施是中在？，减少热阻的最有效措施是 ？ 提高流体湍动程度提高流体湍动程度 。1一杯开水（一杯开水（100）置于）置于20的静止空气中，问的静止空气中，问杯子两侧流体的传热各属何种类型？哪一侧热阻杯子两侧流体的传热各属何种类型？哪一侧热阻大？大？2若将杯子浸在若将杯子浸在20的冷水中（两流体不直接接的冷水中（两流体不直接接触），能否增强传热？理由？触），能否增强传热？理由？3仍置于空气中，但使杯外的空气流动，问能否仍置于空气中，但使杯外的空气流动，问能否增

18、强传热？理由？增强传热？理由？4对对1的情况，对杯中流体加以搅动，问是否比的情况，对杯中流体加以搅动，问是否比2、3两种办法有效呢？两种办法有效呢？1均为自然对流，气侧还有辐射，空气侧热阻大；均为自然对流，气侧还有辐射，空气侧热阻大； 2能增强传热，因为水的对流传热系数比空气大；能增强传热，因为水的对流传热系数比空气大； 3能增强传热，因为强制对流的对流传热系数比自然对能增强传热，因为强制对流的对流传热系数比自然对流大流大 4主要热阻在空气侧，故主要热阻在空气侧，故2，3效果较好，效果较好，4不及不及2，3 流体物性，主要是比热容、导热系数、密度流体物性，主要是比热容、导热系数、密度和黏度；和

19、黏度；流体的流动状态；流体的流动状态；流动的原因是强制对流还是流体自然对流；流动的原因是强制对流还是流体自然对流；传热面的形状、位置和大小；传热面的形状、位置和大小；传热过程中有无相态变化。传热过程中有无相态变化。影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素4.3.3 影响对流传热系数的因素影响对流传热系数的因素1、引起流动的原因、引起流动的原因自然对流自然对流 强制对流强制对流 强制对流强制对流：外部机械作功，外部机械作功， 一般流速较大，一般流速较大， 也较大。也较大。 自然对流自然对流：由流体密度差造成的循环过程由流体密度差造成的循环过程, 一般流速较小，一般流速较小，也较小。也较小。,

20、，层流内层厚度减薄，湍动程度代价代价：动力消耗动力消耗。2、流体流动状态、流体流动状态热流体冷流体thtcth,wtc,wQQ 流体通过间壁的热交换 t层流层流 湍流湍流,：./3CmkJCCPP，单位体积流体的热容量：，PC，：eR定性温度：定性温度：计算表面传热系数的特征温度计算表面传热系数的特征温度 )(2121tttm3、流体的物性、流体的物性,hRe： 壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等，壁面的形状，尺寸，位置、管排列方式等， 造成边界层分离，增加湍动，使造成边界层分离，增加湍动，使 增大增大。4、传热面的形状、位置和大小、传热面的形状、位置和大小 有相变传热：有相变传热：蒸汽冷凝

21、、液体沸腾，蒸汽冷凝、液体沸腾， 无相变传热无相变传热：强制对流、自然对流，：强制对流、自然对流， 一般地，有相变时表面传热系数较大。一般地，有相变时表面传热系数较大。 例：水强制对流，例：水强制对流， 蒸汽冷凝蒸汽冷凝，KmW2/10000250：KmW2/150005000：5 相变化的影响相变化的影响值范围值范围空气自然对流：空气自然对流：525W/(m2)气体强制对流：气体强制对流：20100W/(m2) 水自然对流：水自然对流：201000W/(m2) 水强制对流：水强制对流：100015000W/(m2) 水蒸气冷凝：水蒸气冷凝：500015000W/(m2)有机蒸汽冷凝：有机蒸汽

22、冷凝：5002000W/(m2) 水沸腾：水沸腾：250025000W/(m2)4.3.4 对流传热系数关联式的建立对流传热系数关联式的建立无相变化时对流传热过程的量纲分析无相变化时对流传热过程的量纲分析 （1）量纲分析过程）量纲分析过程优点：优点：减少实验次数；依据：依据：物理方程各项量纲一致；步骤：步骤：1 1、因次分析、因次分析 基本因次：基本因次：长度长度L L，时间，时间T T，质量，质量M M，温度，温度 变量总数变量总数：8 8个个由由 定理定理（8-48-4）=4=4，可知有，可知有4 4个个无因次数群。无因次数群。 f(u，l， ， ，cp， ，g t)gkaGrPrCReN

23、u gkpatlgcduCl)()()(223 knmGrPrCReNu 准数式准数式符号符号名称名称意义意义Nu努塞尔特准数努塞尔特准数(Nusselt)表示对流传热表示对流传热强弱程强弱程度度的准数的准数 Re雷诺准数雷诺准数(Reynolds)反映流体流动反映流体流动湍动程湍动程度度的准数的准数 Pr普兰特准数普兰特准数(Prandtl)反映反映物性物性对传热影响对传热影响的准数的准数Gr格拉斯霍夫准数格拉斯霍夫准数(Grashof)反映反映自然对流强弱程自然对流强弱程度度的准数的准数pC223tglllu努赛尔数努赛尔数lNultdydty0)(平均温度梯度壁面处温度梯度无量纲温度梯度

24、说明：说明： 反映对流传热的强弱，包含表面传热系数反映对流传热的强弱，包含表面传热系数 努赛尔数恒大于努赛尔数恒大于1 1。l l：特征尺寸，：特征尺寸， 平板平板 流动方向的板长；流动方向的板长； 管管 管径或当量直径；管径或当量直径；tdydtqy0)(2 2、特征数的物理意义、特征数的物理意义粘滞力惯性力duuduRe2 说明：说明： 反映流动状态对反映流动状态对 的影响。的影响。雷诺数雷诺数 普朗特数普朗特数pPrCCP/热扩散系数导热系数动量扩散系数运动粘度)()(av说明：说明： 反映流体物性对传热的影响反映流体物性对传热的影响 反映热扩散和动量扩散的相对大小反映热扩散和动量扩散的

25、相对大小 反映流动边界层和热边界层的相对厚度反映流动边界层和热边界层的相对厚度travP, 1travP, 1travP, 1使用时注意使用时注意： * 查取定性温度下的物性；查取定性温度下的物性； * 计算所用单位，计算所用单位，SI制。制。说明：说明： 反映自然对流的强弱程度。反映自然对流的强弱程度。 Gr（浮升力特征数）浮升力特征数）223tlgGr,化：单位体积流体浮力变tg ),(reuPRfN 1 . 0/2erRG),(rruPGfN 10/2erRG),(,rreuPGRfN 10/1 . 02erRG22Re)(bblu,/ 1 C：体积膨胀系数，.Re数：表示自然对流的雷诺

26、b强制对流强制对流自然对流自然对流混合对流混合对流用无因次准数方程形式表示下列各用无因次准数方程形式表示下列各传热情况下诸有关参数的关系传热情况下诸有关参数的关系无相变对流传热无相变对流传热自然对流传热自然对流传热强制对流传热强制对流传热问答题问答题 实验测定实验测定强制湍流强制湍流：NuCRemPrn（1）采用不同采用不同Pr的流体，固定的流体，固定Re lgNunlgPrlgCRem双对数坐标系双对数坐标系得一直线，得一直线，斜率为斜率为n（2）不同不同Pr的流体在不同的的流体在不同的Re下下 lg(Nu/Prn)mlgRelgC 在在双对数坐标系双对数坐标系中得一直线中得一直线 斜率为斜

27、率为m，截距为，截距为CPrNunReNu/PrkCa4、使用、使用 关联式的注意事项关联式的注意事项（2）特征尺寸）特征尺寸l: : 管内径、管外径、平板高度管内径、管外径、平板高度 2)(21mtttawmW t)(2)(壁温膜温cttb（3）适用范围）适用范围（1）确定物性参数数值的温度称为）确定物性参数数值的温度称为定性温度定性温度 关联式关联式无相变无相变有相变有相变自然对流自然对流强制对流强制对流湍流湍流过渡区过渡区层流层流蒸汽冷凝蒸汽冷凝液体沸腾液体沸腾管内、外管内、外直、弯管直、弯管圆或非圆形圆或非圆形有相变对流传热的特点有相变对流传热的特点相变过程中产生大量相变热（相变过程中

28、产生大量相变热（潜热潜热）；）；例例：水 4.4.4 有相变化的对流传热有相变化的对流传热kgkJrC/4 .22581000时，汽化潜热CkgkJCpC00/187. 41000，比热无相变相变一般：相变过程有其特殊传热规律，传热更为复杂；相变过程有其特殊传热规律，传热更为复杂；分为分为蒸汽冷凝与液体沸腾蒸汽冷凝与液体沸腾两种情况两种情况。特点：特点：蒸气与低于其饱和温度的冷壁接触时，将凝结为液蒸气与低于其饱和温度的冷壁接触时，将凝结为液体，释放出体，释放出气化热气化热。蒸气冷凝进行加热的优点：蒸气冷凝进行加热的优点：具有恒定的温度，操作时易于控制；具有恒定的温度，操作时易于控制；表面传热系

29、数大。表面传热系数大。蒸汽冷凝蒸汽冷凝(1) 蒸汽冷凝机理蒸汽冷凝机理 界面层分子与内部分子界面层分子与内部分子受力不同受力不同lg将液体滴到固体表面上，若不铺展，将液体滴到固体表面上，若不铺展，将形成一平衡液滴，其形状由固液将形成一平衡液滴，其形状由固液气三相交界面处所作气液界面之切气三相交界面处所作气液界面之切线经液滴至固液界面所成之夹角决线经液滴至固液界面所成之夹角决定，此角称为该种液体在所研究固定，此角称为该种液体在所研究固体表面上之接触角，体表面上之接触角，Young方程或润湿方程。方程或润湿方程。coslgslsgsglgsl 气气液液固固sglgsl 气气液液固固 90 接触角接

30、触角 与各个界面张力与各个界面张力润湿，润湿，膜状膜状 滴状滴状 壁面冷凝的存在形态壁面冷凝的存在形态 膜状冷凝膜状冷凝 冷凝液冷凝液能润湿能润湿壁面，形成一层完整的液膜布满液面并连续向壁面，形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动下流动热量：蒸汽相热量：蒸汽相液膜表面液膜表面固体壁面。固体壁面。滴状冷凝滴状冷凝 冷凝液冷凝液不能很好地润湿不能很好地润湿壁面，仅在其上凝结成小液滴，合壁面，仅在其上凝结成小液滴，合并成较大的液滴而脱落。并成较大的液滴而脱落。有裸露壁面，直接传递相变热。有裸露壁面，直接传递相变热。膜状冷凝膜状冷凝滴状冷凝滴状冷凝比较两种冷凝方式的表面传热系数比较两种冷凝方式的表面

31、传热系数 滴状冷凝滴状冷凝膜状冷凝膜状冷凝，相差几倍到几十倍， 但工业操作工业操作上，多为膜状冷凝多为膜状冷凝。膜状冷凝表面传热系数膜状冷凝表面传热系数 研究：研究：垂直管外或壁面的膜状膜状冷凝；方法：方法：真实模型简化模型数学模型求解。 膜状冷凝的真实过程膜状冷凝的真实过程 3 影响冷凝传热的因素影响冷凝传热的因素a）冷凝液膜两侧的温度差冷凝液膜两侧的温度差t 当液膜呈滞流流动时，当液膜呈滞流流动时，若若t加大加大，则蒸汽冷凝速率增加，则蒸汽冷凝速率增加，液膜厚度增厚，液膜厚度增厚，冷凝传热系数降低。冷凝传热系数降低。 层流：层流： t=tstW b）流体物性流体物性 冷凝液冷凝液 r c)

32、 蒸汽的流速和流向（蒸汽的流速和流向（u10m/s ）蒸汽和液膜蒸汽和液膜同向流动，厚度减薄，使同向流动，厚度减薄，使增大；增大；蒸汽和液膜蒸汽和液膜逆向流动，逆向流动， 减小，减小，摩擦力超过液膜重力时，摩擦力超过液膜重力时， 液膜被蒸汽吹离壁面，液膜被蒸汽吹离壁面，当蒸汽流速增加，当蒸汽流速增加，急剧增大；急剧增大； 同向时同向时 ；反向时；反向时 ； u d) 蒸汽中不凝气体含量的影响蒸汽中不凝气体含量的影响 蒸汽蒸汽凝液凝液不凝气不凝气气体蒸气气体蒸气空气自然对流：空气自然对流：525W/(m2)气体强制对流：气体强制对流：20100W/(m2) 水蒸气冷凝：水蒸气冷凝：5000150

33、00W/(m2)蒸汽中含有空气或其它不凝气体蒸汽中含有空气或其它不凝气体，壁面可能为气体层，壁面可能为气体层所遮盖，增加了一层附加热阻，所遮盖，增加了一层附加热阻，使使急剧下降急剧下降。定期排放定期排放不凝气不凝气e)冷凝壁面的影响冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，液膜增厚，使传若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，液膜增厚，使传热系数下降热系数下降 例如例如管束，管束，冷凝液面从上面各排流动下面各排，使液膜冷凝液面从上面各排流动下面各排，使液膜逐渐增厚，因此逐渐增厚，因此下面管子的下面管子的要比上排的为低。要比上排的为低。冷凝面的表面情况对冷凝面的表面情况对影响也很大，影响也很大，

34、若壁面粗糙不平或有若壁面粗糙不平或有氧化层，氧化层，使膜层加厚，增加膜层阻力，使膜层加厚，增加膜层阻力，下降。下降。强化措施强化措施减少液膜的厚度减少液膜的厚度 开纵向沟槽；采用错列；安装金属丝或翅片开纵向沟槽；采用错列；安装金属丝或翅片 包括冷却和冷凝两个过程包括冷却和冷凝两个过程蒸汽的温度大于该压力下饱和蒸汽的温度时就是过蒸汽的温度大于该压力下饱和蒸汽的温度时就是过热蒸汽了热蒸汽了 u传热量传热量=蒸汽的显热蒸汽的显热+潜热。潜热。过热蒸汽先被冷却至饱和温度，然后再在液膜表面冷凝，过热蒸汽先被冷却至饱和温度，然后再在液膜表面冷凝，液膜表面仍为饱和蒸汽温度。液膜表面仍为饱和蒸汽温度。 r=r

35、+cp(tv-ts)其中其中cp为过热蒸汽比热，为过热蒸汽比热，tV为过热蒸汽温度。为过热蒸汽温度。urr，过热蒸汽的冷凝传热系数要比饱和蒸汽冷凝时，过热蒸汽的冷凝传热系数要比饱和蒸汽冷凝时的大，两者相差不明显的大，两者相差不明显u当壁温当壁温Tw高于蒸气饱和温度时，壁面上无冷凝发生，高于蒸气饱和温度时，壁面上无冷凝发生，此时的传热过程与普通的对流传热完全相同此时的传热过程与普通的对流传热完全相同过热蒸汽过热蒸汽 沸腾分类沸腾分类： 按设备尺寸和形状不同按设备尺寸和形状不同 池式沸腾池式沸腾pool boiling（大容积饱和沸腾）（大容积饱和沸腾）；强制对流沸腾强制对流沸腾flow boil

36、ing（复杂的两相流（复杂的两相流，管内沸腾，管内沸腾。 液体在管内或沿一加热表面强制流动的同时，被加热沸腾。液体在管内或沿一加热表面强制流动的同时，被加热沸腾。管内沸腾时壁面形成的气泡管内沸腾时壁面形成的气泡不能自由浮动不能自由浮动，而是和液体混杂在一，而是和液体混杂在一起强制流动，产生复杂的两相流，起强制流动，产生复杂的两相流，沸腾和流动沸腾和流动两种现象相互影响两种现象相互影响。液液 体体 沸沸 腾腾 过冷沸腾：过冷沸腾：液体主体温度液体主体温度t ts， 气泡进入液体主体后冷凝。气泡进入液体主体后冷凝。 饱和沸腾：饱和沸腾：tts， 气泡进入液体主体后不会冷凝。气泡进入液体主体后不会冷

37、凝。液体主体液体主体 tts 液体主体液体主体 t ts根据管内液流的主体温度是否达到相应压力下根据管内液流的主体温度是否达到相应压力下的饱和温度，还可分为的饱和温度，还可分为问题：问题：1 1、为什么汽泡只在加热、为什么汽泡只在加热面个别地方产生？面个别地方产生？2 2、气泡是如何产生的？、气泡是如何产生的？主要特征：主要特征：液体内部有汽泡产生，液体内部有汽泡产生，气泡产生和运动情况，对影响极大。 液体主体 t液体沸腾机理及其影响因素液体沸腾机理及其影响因素表面自由能（表面张力）：表面自由能（表面张力）：单位液体上的物质比起在液体体相内自由能的增量，单位液体上的物质比起在液体体相内自由能的

38、增量，故这是一过剩量（超量）。故这是一过剩量（超量）。mJm-2，mN/m。 界面层分子与内部分子界面层分子与内部分子受力不同受力不同lg水的表面张力：72mN/m起泡剂的表面张力： t25 C； t 稳定稳定DE段段 t250 C ； t （t高，热辐射影响大）高，热辐射影响大）优点：优点：tW小，小， 大大（1）自然对流区自然对流区AB段段 t t5 C； t （3）膜状沸腾区膜状沸腾区 3. 沸腾传热的影响因素及强化措施沸腾传热的影响因素及强化措施（1）液体的性质）液体的性质 ,;,强化措施：加表面活性剂使液体的强化措施：加表面活性剂使液体的 （2）温差）温差 在核状沸腾阶段，在核状沸腾

39、阶段， t （3）操作压强）操作压强 stp液体的表面张力和粘度均下降，有利于气泡的生成和脱离，强液体的表面张力和粘度均下降，有利于气泡的生成和脱离，强化了沸腾传热化了沸腾传热nta （4）加热面）加热面 粗糙壁面粗糙壁面, 气泡核心愈多，气泡核心愈多， ，光滑的壁面，光滑的壁面, ； 被油脂污染的壁面被油脂污染的壁面, ，清洁表面，清洁表面, ； 水平管束沸腾传热，上排管水平管束沸腾传热，上排管 。 强化措施：强化措施： 在表面烧结金属粒在表面烧结金属粒对流传热小结对流传热小结量纲分析法量纲分析法纯经验式纯经验式实验测定实验测定注意：注意：1.根据处理对象的具体特点选择适当公式根据处理对象的

40、具体特点选择适当公式2.注意应用范围、特征尺寸、定性温度注意应用范围、特征尺寸、定性温度3.不同情况下物理量对不同情况下物理量对的影响的影响4.正确使用各物理量的单位正确使用各物理量的单位5.数量级，对计算结果判断和分析数量级，对计算结果判断和分析【例】例】空气以湍流形式流过有蒸汽加热的管式空气以湍流形式流过有蒸汽加热的管式换热器，空气走管内。考虑下列每一个条件换热器，空气走管内。考虑下列每一个条件依次改变而其他条件保持不变时，伴随着这依次改变而其他条件保持不变时，伴随着这一改变的对流传热系数的变化量。一改变的对流传热系数的变化量。（1）空气的压力）空气的压力P增加一倍，质量流率不变。增加一倍，质量流率不变。（2）空气的质量流率增加一倍。）空气的质量流率增加一倍。（3）加热管数增加一倍，质量流率不变。）加热管数增加一倍，质量流率不变。（4）管径减半，质量流率不变。）管径减半，质量流率不变。4 . 06 . 04 . 08 . 02 . 08 . 04 . 08 . 0023. 0 )()(023. 0ppcducdu