《热工基础》课件-沸腾换热

沸腾换热热工基础电/厂/热/能/动/力/装/置/专/业/教/学/资/源/库沸腾换热当液体与高于其饱和温度的热壁面接触时，就会吸收汽化潜热，有液体变化为气态，此现象即为沸腾换热。在发电厂中的水冷壁中饱和水与管壁之间的换热都是沸腾换热。沸腾换热管内强迫沸腾换热大容器沸腾换热沸腾换热饱和沸腾过冷沸腾沸腾换热大容器沸腾换热特点01大容器沸腾换热的四个阶段02目

录Content临界热负荷03大容器沸腾换热的计算0401电/厂/热/能/动/力/装/置/专/业/教/学/资/源/库大容器沸腾换热特点沸腾换热加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中，热量从加热面传入使水受热，温度升高。当温度升高到一定数值时，就会在加热面上的局部地方开始产生汽泡。如果汽泡能自由上升，并在上升过程中不受液体流动的影响，液体的运动只是由自然对流和汽泡的扰动引起，这种沸腾现象就称为大容器沸腾，沸腾换热汽泡在壁面上时，热量经由与壁面直接接触的汽泡表面传给汽泡；汽泡脱离壁面后，热量由壁面→液体→汽泡表面→使液体在汽泡壁上汽化。汽泡脱离壁面时直径的大小与液体润湿壁面的能力有关。对于润湿能力强的液体，生成的汽泡呈球形，附着于壁面的面积小，汽泡易脱离壁面，脱离直径也较小，传热量大；相反，润湿能力弱的液体，汽泡有较大的表面积附着于壁面，汽泡不易脱离，脱离直径也较大，传热量低。02电/厂/热/能/动/力/装/置/专/业/教/学/资/源/库大容器沸腾换热的四个阶段沸腾换热

以一个大气压下饱和水的沸腾为例。根据壁面过热度的不同，饱和水的沸腾可以分成自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾四个阶段沸腾换热液态居中，因此当气体离液态区越远，分子间距越大分子间作用力越小，就可以看做理想气体。当壁面过热度△t比较低时(小于4℃)，加热面表面的液体轻微过热，产生的汽泡不多，且产生的汽泡不能脱离壁面上浮，这时是被加热的液体向上浮升，形成自然对流，换热遵循单相自然对流换热规律。液面发生表面蒸发。换热系数和热流密度随△t增大而缓慢上升。1.自然对流(过冷沸腾)阶段沸腾换热液态居中，因此当气体离液态区越远，分子间距越大分子间作用力越小，就可以看做理想气体。该段的特点是：温差小，换热强度大，工业设备中的沸腾大多数处于这一阶段。2.核态沸腾阶段随着壁面过热度△t的增大，加热面上汽化核心的数目增多，汽泡数量显著增加。大量汽泡的产生和运动，使沸腾液体受到剧烈扰动，从而使换热系数迅速增大。对应壁面过热度约4~30℃。沸腾换热液态居中，因此当气体离液态区越远，分子间距越大分子间作用力越小，就可以看做理想气体。3.过渡沸腾阶段D点对应的温差约为120℃。从C点以后，进一步提高△t，热流密度不升反降。原因是：汽泡的生长速度大于汽泡跃离加热面的速度，生成的汽泡太多，使汽泡聚集形成一层不稳定的蒸汽膜，交替覆盖在加热面上。因蒸汽的热导率很小，故这层蒸汽膜的导热热阻很大，阻碍了液体与加热面的直接接触，使换热情况恶化，换热系数与热流密度迅速下降。这种情况持续到D点，达到热流密度的最低值为止。沸腾换热液态居中，因此当气体离液态区越远，分子间距越大分子间作用力越小，就可以看做理想气体。从D点以后，随着△t的上升，汽泡生长速度与跃离速度趋于平衡。此时，在加热面上形成稳定的蒸汽膜层，这时汽化使在气膜与液体的交界面上进行，产生的蒸汽有规律地脱离膜层。汽膜中的热量传递不仅有导热，而且有对流；由于热表面的温度相当高，辐射的作用显现出来，随△t的增加，热流密度重新转为上升，换热系数基本保持不变。到E点，加热表面的温度已高达1000℃以上，该点也对应临界热流密度。4.稳定膜态沸腾阶段03电/厂/热/能/动/力/装/置/专/业/教/学/资/源/库临界热负荷沸腾换热由核态沸腾转变为膜态沸腾的转折点C点称为沸腾换热的临界点。这一状态所对应的温差、换热系数和热负荷的数值，分别称为临界温差、临界换热系数和临界热负荷。临界点的确定在工程上有很重要的实际意义。对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备(如电加热液体、炉膛燃烧产物辐射加热水冷壁中的水、核反应堆中燃料棒加热冷却水等)，当热流密度超过qc时会发生这样的现象：由于热流密度无法随过热度的增加而减少，工况将不再按沸腾曲线由C点向D点过度，而是由C点直接跳转到同一热流密度qc下的点E。从沸腾曲线可以看出，此时对传热面来讲，传热温差△t将从20℃增加到1000℃，可能导致设备瞬间烧毁，所以必须严格控制监视q，确保在安全工作范围内。C点也称为烧毁点，04电/厂/热/能/动/力/装/置/专/业/教/学/资/源/库大容器沸腾换热的计算沸腾换热

在(0.2-101)×105Pa压力下