传热学V4第七章相变对流传热

1、第7章相变对流传热、传热Heat Transfer、相变对流传热、冷凝传热(气体相变液体)、沸腾传热(液相气相)、7-1冷凝传热模式、相变：物质系统中的其他相(气液-液-液-)吸热、热相变伴随潜热相变传热特性的相变过程，由于潜热发射和相变过程的复杂性，比单相对流换热更为复杂。相变对流传热的焦点是确定表面传热系数，然后用牛顿冷却公式计算的热流，冷凝传热：夏天空调出来后的眼镜表面薄膜冷凝沸腾传热：烧水，热电热传输模式，7-1冷凝传热模式，冷凝传热：蒸汽接触低于饱和温度的墙面时蒸发潜热释放到墙面的过程。冷凝传热的必要条件：g，膜冷凝，珠冷凝，冷凝模式来自气液接口的接触角(图7-1)，surface

2、temperature is less than the saturation temperature，珠状冷凝，珠状冷凝表面传热系数膜冷凝，疏水表面(Au，teflon) 2.555105 5000000，7-1冷凝传热模式，传热热传输，7-2膜冷凝分析解决方案和实验相关层流膜冷凝，基本假设：二维、稳态、常数特性、层流；蒸汽停止，蒸汽-液体界面没有液膜的粘度。无视惯性力，液膜的运动只受重力和粘性力的影响。壁温twconst，汽液界面温差TTS液膜内对流无导热，温度分布线性；如果忽略液膜的过冷，则认为液膜只有潜热。蒸汽密度液体密度；液膜表面平整，没有波动。传热Heat Transfer，努塞纯

3、饱和蒸汽层流膜冷凝理论分析解决方案，稳态边界层微分方程，简化常微分方程，简化速度和温度分布，7-2膜冷凝分析解决方案和实验关联层流膜冷凝，抛物线，线性，传热Heat Transfer， 传热Heat Transfer、nusel纯饱和蒸汽层流膜冷凝理论分析解决方案、垂直壁、倾斜垂直壁、水平管壁、球壁、特性长度分别为l和d； r由ts确定。其他物性是由平均温度决定的，为什么冷凝器一般常用水平横管布置？7-2膜冷凝分析解决方案和实验关联层流膜冷凝，传热Heat Transfer，膜冷凝实验关联：垂直壁(层流)，理论分析解决方案具有特定的假设条件，实验结果修正，实验关联，垂直壁(湍流)，伽利略数，r

4、erelieo数与分析解决方案相匹配，水平管壁雷诺数，水平管通常为层流范围，上述实验关联为低流速情况：水蒸气10m/s，氟里昂0.5m/s，7-2膜冷凝分析解决方案和实验关联，传热热传输，膜冷凝传热计算阶段： 判别流(层流，湍流)；使用该形式的实验相关性计算平均表面传热系数。使用牛顿冷却公式计算热交换，计算凝结速度(单位时间凝结的液膜质量)。注意事项：1。Re包含未知量h，因此首先计算流模式，然后检查流。2.在一定压力下，饱和水蒸气r和ts由附录10确定，其他物性由平均温度TM检查附录9确定。，7-2膜冷凝分析解决方案和实验相关性，热电Heat Transfer，7-3膜冷凝的影响因素和传热强

5、化，膜冷凝传热的影响因素：未冷凝气体：蒸汽速度：过热蒸汽：液体膜过冷和温度分布的非线性管行水管冷凝表面的形状，传热Heat 微肋管)增加液膜流动方向的蒸汽流速水平配置单管或管束加速液膜的排出段排泄管、沟槽管、离心力、静电重力等，减少非冷凝气体吸入、顶出等，增加蒸汽的流速冷凝表面以实现珠凝结，提高7-3膜凝结的影响因素和传热，热电Heat Transfer， 沸腾传热：液体内部的固-液界面形成气泡，使热量从固体壁传入液体的过程。沸腾传热的必要条件：沸腾液体整体流动，管内强制对流沸腾，大型容器沸腾，沸腾液体体温度是否达到饱和温度，饱和沸腾，过冷沸腾，Y，N，Y，N，传热Heat tranning4

6、 t 25 :核沸腾区。产生气泡，气泡之间的剧烈扰动，表面传热系数和热流密度急剧增加，强化传热。25 t 200 :过渡沸腾区域。气泡生成速度大于脱离速度，气泡附着形成蒸汽膜，蒸汽膜的热阻减弱传热效果。200 t :稳定模式沸腾区域。形成稳定的蒸汽膜，蒸汽膜的热阻减弱了传热效果，但高温壁的辐射传热进一步改善了传热效果。大容器饱和沸腾的四个区域，莱顿波罗特性，CHF，传热Heat Transfer，要求保持核状态沸腾区域，而不是过渡沸腾区域在工业应用中。过渡沸腾区随着壁温的升高，热流密度降低，设备容易燃烧。Qax临界热流密度CHF(燃烧点)设置温度点DNB(核状态沸腾转折点)沸腾传热：传热温差t

7、越大，热流密度越高的沸腾传热的两种加热方法：壁温度控制热流(大于qax时，工作条件沿虚线直接跳转到稳定膜状态沸腾，t急剧增加到1000，必须避免) 热电Heat Transfer，7-4沸腾传热的模式蒸发芯，蒸发芯：实验表明，沸腾时气泡一般只发生在加热面的特定点，而不是整个加热面，产生这种气泡的点称为汽化芯。 产生气泡的来源。墙的凹缝和热点最有可能成为汽化核心。气泡半径r表示clabellon表达式，样式：表面张力，n/m；r蒸发潜热，J/kg v蒸汽密度，kg/m3；Tw壁温度、C ts对应压力下的饱和温度、C标记、(tw ts)、Rmin相等加热表面、凹孔数增加蒸发芯数增加传热强化、壁泡生

8、成、生长和分离增强沸腾传热强度、热区域残余气体、热电Heat Transfer加热固体表面的热量传导给沸腾的流体，同时流体在液体中具有气体相变。牛顿冷却公式仍然适用。沸腾传热的推力也是温差，壁过热(twts)是必要条件；沸腾传热时，气泡在蒸发芯中产生，生长和逸出。之后流体补充，气泡形成，重复；气泡的形成、生长和分离会对加热表面的流体产生剧烈扰动，因此传热的强度比无偿对流传热大得多。蒸发芯数的增加有助于加强沸腾传热。，热电Heat Transfer，大型容器饱和核沸腾：主要影响因素是墙面过热和蒸发芯数，通用液体的大型容器饱和核沸腾：rosenrohsnow公式，1，符号意义为教科书(7-17)式

9、，Cwl查找表7-17水：S1，其他液体：s1.7，7-5大型容器沸腾传热的实验相关性，热电Heat Transfer，大型容器的饱和核沸腾：主要影响因素是壁面过热和蒸发内核数，制冷介质大型容器的饱和核沸腾：库铂Cooper公式，2，Mr制冷介质分子量；Pr介质压力与临界压力比；Rp表面平均粗糙度，um。7-5大型容器沸腾传热的实验相关性、热电热转移、大型容器饱和核沸腾临界热流密度、7-5大型容器沸腾传热的实验相关性、式：物理参数根据饱和温度确定。热电Heat Transfer，大型容器膜状态沸腾：注意：横管a0.62，球壁a0.67蒸发潜热r和饱和液体密度l由饱和温度ts确定，其他物理参数由

10、平均温度确定Tt 273，200t 3360稳定模式沸腾区域。形成稳定的蒸汽膜，蒸汽膜的热阻减弱了传热效果，但高温壁的辐射传热进一步改善了传热效果。7-5大型容器沸腾传热的实验相关性，强化传热Heat Transfer，7-6沸腾传热的影响因素和强化，未冷凝气体(不同于膜状冷凝传热)溶解于液体中的未冷凝气体蒸发核心的逃逸强化沸腾传热过冷核沸腾起始处的自然对流区，过冷强化沸腾传热水平高度，热转印，7-6沸腾传热的影响因素及其强化，原理通过传热表面处理增加受热面蒸发芯数。大型容器饱和沸腾传热表面多孔结构管内的强制对流沸腾内螺纹管、微肋管、沸腾传热强化措施：传热Heat Transfer，7-7热管

11、，1963年美国罗斯阿洛斯国家实验室G. M. Grover将工质(氨、水、丙酮、真空金属管工作液内壁吸芯结构，1 .热量通过热源通过热管壁和充满工作液体的吸芯传递到液气分流接口；液体从蒸发区的液-气界面蒸发。3.蒸汽的温度和压力高于热管的其他部分，由于差压作用，蒸汽流向热管的冷凝端。4.蒸汽在冷凝区内的气液界面凝结：5 .热量从气液界面通过吸芯、液体和管壁传递到冷热源；6.在进气口内，由于毛细作用，冷凝后工作液体返回蒸发段。热电Heat Transfer，7-7热管，1963年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的G. M. Grover发明了利用工质(氨、水、丙酮、甲醇)的蒸发和冷凝来传热。真空金属管工作液内壁吸芯结构，主要用于卫星表面的等温化及内部电子设备的温度控制，相对于相变传热的等温热导率。地面芯片散热需要冷凝部分的针脚和风扇。热电Heat Transfer，常用下标的含义，通常表示为英语首字母，热电Heat Transfer，本章重点：冷凝传热条件和两种冷凝传热形式；垂直壁膜冷凝分析解决方案(假设最重要的两点)，为什么多个水平交点；膜冷凝的实验相关性(冷凝热冷凝速度)，需要Re检查注意；膜凝结的影响因素及强化措施(减少薄膜厚度，加快冷凝液膜排放)。