对流换热-沸腾换热（热工学）

沸腾换热1.液体沸腾的分类沸腾换热指液体受热沸腾过程中与固体壁面间的换热现象。

（1）大容器沸腾和管内沸腾

大容器沸腾指加热面被浸在没有强制对流的液体中所发生的沸腾现象。

此时液体内一方面存在着由温度差引起的自然对流，另一方面又存在着因汽泡运动所导致的液体运动。沸腾换热管内沸腾此时，液体的流速对沸腾过程产生影响，而且在加热面上所产生的汽泡不是自由上浮的，而是被迫与液体一起流动的，出现了复杂的气液两相流动。是液体在一定压差作用下，以一定的流速流经加热管时所发生的沸腾现象，又称为强制对流沸腾。沸腾换热（2）过冷沸腾和饱和沸腾过冷沸腾当液体主体温度低于相应压力下的饱和温度，而加热面温度又高于饱和温度时，将产生过冷沸腾。此时，在加热面上产生的汽泡将在液体主体重新凝结，热量的传递是通过这种汽化

凝结的过程实现的。饱和沸腾当液体主体的温度达到其相应压力下的饱和温度时，离开加热面的汽泡不再重新凝结，这种沸腾称为饱和沸腾。2.大容器沸腾换热（1）大容器饱和沸腾曲线沸腾温差

t:壁面温度tw与液体饱和温度ts之差。以常压下水在金属表面上沸腾的实验为例：沸腾温差的量变会引起沸腾换热机理的质变①对流沸腾AB段，常压下

t＜5℃，q、h随

t缓慢增加。q较低，即使壁面上产生了汽泡也不能脱离上浮。其换热过程符合无相变的对流换热规律。

大容器沸腾换热②泡态沸腾BC段，

t

5～25℃，有大量汽泡在壁面上迅速生长和激烈运动，强烈扰动周围液体，使h和q都显著增大，且h达到峰值；

BC段的沸腾换热主要取决于汽泡的生成和运动。③膜态沸腾C点以后，

t＞25℃，

不稳定膜态沸腾

稳定膜态沸腾

大容器沸腾换热不稳定膜态沸腾区CD段，大量汽泡在壁面汇合在一起形成一层不稳定的汽膜，汽膜的附加热阻使得h和q都急剧下降。稳定膜态沸腾DE段

，壁面全部被一层稳定的汽膜所覆盖，这时汽化只能在膜的汽液交界上进行，以后h

随

t的增加基本不变，而q又开始随

t的增加而上升。临界点C临界温差

tc

临界热流密度qc

工程实际中一般总是设法控制在泡态沸腾区内操作，沸腾温差

t要严格控制在临界点以下。3.管内沸腾换热过程液体一方面在加热面上沸腾，一方面又以一定的速度流过加热面，受空间的限制，使沸腾产生的气体和液体混合在一起，构成汽液两相的混合物。管内沸腾换热涉及到管内的两相流动的问题管内沸腾换热在工程应用较为广泛，如管式蒸发器和水管锅炉等。竖直管内沸腾换热水平管内沸腾换热管内沸腾换热(1)竖直管内沸腾换热流动类型单相流

块状流

雾状流

环状流

单相流

泡状流

换热类型过冷沸腾

泡态沸腾

对流换热

湿蒸汽换热

液体对流沸腾

过热蒸汽换热

管内沸腾换热(2)水平管内沸腾换热水平管内的沸腾换热情形与流速有关。

管内沸腾换热受管子的放置（垂直、水平或倾斜）、管长与管径、壁面状况、气液比、液体初参数、流速、流量等多方面因素影响，比大容器沸腾换热复杂得多。

4.影响沸腾换热的因素一般情况下，表面传热系数随着液体的热导率和密度的增加而增大，随液体的黏度和表面张力的增大而减小。（1）液体的性质严重影响吸热制冷，应严禁不凝性气体混入制冷系统内。（2）不凝结气体当液位降低到临界液