相变对流传热2015简化版

第7章相变对流换热PhaseTransformationConvectionHeatTransfer相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第1页!换热特点以小温差获得大的传热速率；存在潜热和浮力驱动双重作用。第7章相变对流换热换热影响因素相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第2页!7.1（表面）凝结蒸气与低于其饱和温度的冷（固体）表面接触时，将汽化潜热释放给表面并形成凝结液的过程。gg相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第3页!7.2膜状凝结换热分析速度边界层由温度边界层引起，=t。gt(y)u(y)ThermalboundarylayersVelocityboundarylayers未采用Nusselt假定示意图换热公式

边界层特点

相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第4页!无量纲化动量方程引申思考：膜状凝结与何种现象动量方程相似？可以引申出什么结论？相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第5页!准则意义Ga数【1】重力与粘性力的相对大小的一种量度；【2】膜状凝结流动状态的判据；Ja数【1】表征液膜显热降与汽化潜热相对大小。存在争议本书沿用膜层Re数作为判据相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第6页!假设③忽略惯性力；假设⑤只考虑导热；假设②，蒸气静止假设⑦忽略蒸气密度；相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第7页!结果与分析流速u（y）温度t（y）未知相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第8页!液膜厚度假设②,⑥忽略蒸气过热度和液膜过冷度假设⑤只考虑导热，且温度呈线性分布相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第9页!竖壁平均表面传热系数

竖壁相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第10页!7.2.3膜状凝结分析扩展倾斜壁表面层流膜状凝结动量方程相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第11页!引申思考【2】：试定性分析工程应用中冷凝管常采用横管布置的原因。故冷凝管通常采用横管布置。水平管与竖直管外层流膜状凝结的比较相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第12页!竖壁表面凝结传热理论公式的修正考虑液膜表面波动无波动层流有波动层流湍流定性温度膜温tfilm=(tw+ts)/2，(按tsat确定，r除外)相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第13页!流态判据引申思考：横管膜状凝结膜层Re数如何计算，其一般处于什么流动状态？Re,x流动状态相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第14页!【例1】压力为1.013×105Pa的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm×30cm，壁温保持98℃。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。分析：由于Re为待定准则，故可先假设液膜为层流。（2）凝结蒸汽量（1）换热量相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第15页!【例1】压力为1.013×105Pa的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm×30cm，壁温保持98℃。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。【2】确定表面传热系数竖壁层流膜状凝结相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第16页!【例1】压力为1.013×103Pa的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm×30cm，壁温保持98℃。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。【4】换热量【5】凝汽量相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第17页!7.3膜状凝结传热强化换热影响因素剖析凝结换热驱动力【1】液膜导热热阻是膜状凝结的主要热阻相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第18页!定义

tw>tsat,工质内部固液界面上形成大量汽泡的汽化过程。7.4沸腾换热分类

按流动动力

大容器沸腾（池沸腾）受迫对流沸腾*

按流体主体温度

过冷沸腾饱和沸腾

相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第19页!7.4.1大容器沸腾▲饱和池沸腾蒸气固体液体ytytsattwo饱和池沸腾温度分布相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第20页!沸腾曲线(控制热流)1410301001201000q/(w∙m-2)103104105106自然对流核态沸腾过渡沸腾膜态沸腾AEDBCF临界热流密度加热曲线冷却曲线烧损点引申思考：试从热流可控和壁温可控角度阐释qmax的工程意义。相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第21页!【1】汽泡得以存在与长大，汽泡外液体必须过热。【2】壁面凹穴是形成汽化核心最佳位置。汽泡存在条件相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第22页!7.4.3沸腾换热强化强化沸腾换热基本原则强化表面，尽量增加汽化核心强化措施【1】通过物化方法在表面形成多孔涂层；【2】采用机械加工方法造成多孔结构。图例参见330-331相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第23页!7.1（表面）凝结根据表面浸润状况膜状凝结珠状凝结*gg根据膜层发展外部凝结内部凝结*蒸气凝结液蒸气速度较低蒸气凝结液蒸气速度较高相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第24页!控制方程l—液相v—气相忽略蒸气流动，边界层外

7.2.1竖壁膜状凝结换热准数关联式形式相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第25页!无量纲化控制方程组膜状凝结换热特征关联式函数形式参考速度准则形式相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第26页!常物性参数；静止纯饱和蒸汽；忽略液膜的惯性力；界面液膜温度等于饱和温度Tsat；液膜内热量转移只有导热；忽略液膜的过冷度；忽略蒸汽密度；层流，液膜表面平整无波动Nusselt假定

7.2.2基于Nusselt假定竖壁层流膜状凝结数学表述（等壁温）相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第27页!控制方程边界条件假设②交界面切应力忽略不计假设④液膜界面温度=tsat相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第28页!x处单位宽度质量流量qm,x相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第29页!局部表面传热系数

相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第30页!总凝结速率

方法一

方法二

相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第31页!

水平圆管表面层流膜状凝结

竖直圆管表面层流膜状凝结引申思考【1】:采用与竖壁相同的公式，需满足何种条件？单横管膜态凝结相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第32页!球表面层流膜状凝结*单横管膜态凝结相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第33页!7.2.4湍流膜状凝结换热膜层Re数能量守恒待定准则相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第34页!换热计算实验关联式定性温度：Prw

采用tw，其余采用tsat时凝结液的物性参数

相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第35页!【例1】压力为1.013×105Pa的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm×30cm，壁温保持98℃。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。解：【1】确定定性温度与物性参数根据ts=100℃，查得r=2257kJ/kg；其余物性参数按膜温tfilm=(100+98)/2=99℃查取，得：

ρ=958.4kg/m3,η=2.825×10-4kg/(m.s),λ=0.68W/(m.K)相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第36页!【3】核算Re准则液膜为层流假定成立。【例1】压力为1.013×103Pa的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm×30cm，壁温保持98℃。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第37页!【例2】一根长1m，外径80mm的垂直管，其外表面暴露在常压的饱和蒸汽中，管内有冷水通过，表面维持在50℃。试求：【1】对冷却液的传热速率；【2】蒸汽在表面上的凝结速率。分析关键：【1】竖管凝结换热如何处理？【2】采用同例【1】相同的换热公式暗含了什么假设？相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第38页!强化膜状凝结基本原则尽量减薄液膜厚度强化措施减薄或破坏凝结液膜；加速液膜排泄；尽可能减少不凝结气体质量分数。尽可能实现珠状凝结。图例参见P313-314相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第39页!换热驱动力

过热度换热公式

相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第40页!工业应用设计范围沸腾曲线（控制壁温）1410301001201000q/(w∙m-2)103104105106自然对流核态沸腾过渡沸腾膜态沸腾AEFDBCDNBLeidenfrost点ONB相变对流传热2015简化版共44页，您现在浏览的是第41页!7.4.2大容器核态沸腾换热关系式决定因素RplpsatpvR2(pv-pl)2R汽泡受力psat,tsatp