第六章 第一、二、三节传热学讲稿.ppt

1、第六章是凝结和沸腾传热，凝结和沸腾传热，蒸汽冷却，液体受热，也属于对流传热的范围。但是与前面讨论的单一流体的对流换热相比，它们都有一个新的特点，即伴随相变的对流传热。结果沸腾传热广泛应用于电站汽轮机装置的冷凝器、锅炉炉的水冷壁、冰箱和空调制冷剂的冷却器和蒸发器、化工装置的再沸器等各种冷凝器和蒸发器。本章首先讨论凝结传热，然后讨论沸腾传热。近20年来，在响应沸腾传热的强化表面研究方面取得了长足的发展，本章也将对此作一些介绍。第一次冷凝传热，定义：蒸汽与低于对应压力的饱和温度的壁面接触时，蒸汽可以凝结在壁面上，此时蒸汽与壁面之间的传热称为冷凝传热。根据蒸汽在壁面形成的情况，凝结传热可以分为凝结和珠

2、凝膜。凝结的液体能很好地浸湿墙面时，在墙面上拉开帷幕。这种凝结成了凝结。珠状冷凝：液体不容易浸在墙上时凝结的液体在墙上形成小的液体珠，这时凝结称为珠状冷凝。实验表明，几乎所有的商用蒸汽，包括水蒸气，在纯粹的条件下，都可以在常用工程材料的干净表面上进行膜凝结。膜上凝结和珠凝结的传热特性，膜上凝结时蒸汽和壁之间的传热必须通过冷凝液膜层，这是因为有额外的热阻，蒸汽和壁面不能直接接触，所以热交换情况不好。珠子凝结时，蒸汽与墙面接触良好，换热情况较好。珠状冷凝传热情况比凝结好。第二节膜冷凝分析和相关实验关联，物理模型数学模型数学分析，物理模型，垂直壁的温度低于与蒸汽压力对应的饱和温度，因此蒸汽接触壁时会

3、发生冷凝热交换，形成此壁上显示的边界层。可以从边界层中提取微小的原生质，建立能量方程、动量方程和热交换方程，并写出其解决条件。数学模型，微分方程组边界条件，分析解决方案，1916年，Nussel首先提出了纯蒸汽层流膜冷凝的分析解决方案。他捕捉了液膜层的热阻是凝结过程的主要热阻的特点，忽略了次要因素，理论上揭示了物理参数对凝结传热的影响，长期被公认为利用理论分析解决热交换问题的典范。分析中，诺塞尔为了简化实际问题的复杂性，做出了一些合理的假设。这种基本假设是诺塞尔的基本假设，商物性。蒸汽是静态的，蒸汽-液体界面对液膜没有粘性应力。液膜的惯性力可以忽略不计。汽液界面没有温差，界面的液膜温度等于饱和

4、温度。液膜内温度分布是线性的。也就是说，液膜内的热传递被认为只有热导，没有对流作用。液膜的过冷度可以忽略。也就是说，与可忽略的相比；液膜表面平整，没有波动。微分方程组简化过程，假设(3)液膜的惯性力可以忽略，所以动量方程的惯性力可以忽略。也就是说，由于液膜薄，液膜内X方向的压力梯度可以采取液膜边界，即液膜表面的压力梯度。假设(2)蒸汽是静止的，蒸汽液界面没有对液膜的粘合力。因此，液膜表面的流体可以视为理想流体，遵循理想流体的梁努力方程，因此微分方程简化了过程，此时动量方程可以根据假设(7)简化，因此动量方程可以根据假设(5)简化，液膜内的温度分布是线性的。也就是说，液膜内的传热被认为只有热传导

5、，只有两个未知数，所以只需要两个方程就能解决了，所以简化的方程是相应的边界条件，最后，使用传热方程求解表面传热系数H的表达式。分析结果，液膜厚度方程式局部表面传热系数方程式平均表面传热系数计算，水平管和球的冷凝热分析解决方案，计算水平管外膜冷凝热时平均表面传热系数的计算球壁外膜冷凝热时计算平均表面传热系数的计算公式的定性温度与垂直壁相同。横管和垂直墙平均表面传热系数方程式的比较，公式格式相同。方程式的系数不同。特征大小不同，横管和滚珠直径，垂直壁的高度。因此，当其他条件相同时，如果水平管道的平均表面传热系数与垂直壁的平均表面传热系数之比相同，则水平管道的平均表面传热系数是垂直壁的两倍，因此电容

6、器通常使用水平管道的布置。对于斜墙(例如、垂直墙计算、水平管道计算、球体计算、斜墙蒙版冷凝平均表面传热系数计算、水平轴的倾斜角度)，可以在垂直墙计算公式中复盖G。也就是说，当其他条件相同时，斜墙与垂直墙平均表面传热系数的比率是相同的条件，垂直。膜层内流动状态的判断，膜层中凝结液的流动也有层流和湍流。判定基于膜层雷诺数。膜雷诺数根据液膜的特性定义为特征长度雷诺数，其等效直径。在Re1600中，顶部是层流，底部是湍流。计算液膜雷诺数，对于垂直墙，液膜起始处的膜层雷诺数是。墙底部液膜层的平均流速。截面液膜的等效直径。液膜宽度为B时湿的周围，剖面区域取得液膜雷诺数的计算，例如，也就是说，将此关系导入液

7、膜雷诺数的方程式。常识的质量属性参数都指向液膜，为了方便写，省略了备忘录。对于水平管道，使用代替常识的L即可。、膜层流冷凝传热实验关联、垂直壁计算、水平管计算、球体计算、膜湍流冷凝传热实验关联地板到达湍流状态的垂直壁凝结传热，平均表面传热系数沿整个壁计算如下：表达式中层流段的平均表面传热系数。湍流段的平均表面传热系数；层流变为湍流时转折点的高度。基板的总高度。，这种现象可以解释如下。在液膜表面附近的蒸汽侧，随着蒸汽凝结，蒸汽分压逐渐减小，非冷凝气体分压逐渐增大。这样，蒸汽到达液膜表面并凝结之前，必须通过在界面附近聚集的非冷凝气体层扩散的方式。因此，非冷凝气体层的存在增加了传热过程的阻力。同时，

8、蒸汽分压的下降降低了相应的饱和温度，减少了凝结力，减弱了冷凝。因此，在冷凝器工作中，排除未凝结的气体成为保证设计能力的重要关键。蒸汽速度的影响，努泽尔的理论分析忽略了蒸汽流速的影响，因此只适用于流速低的情况，如发电厂的冷凝器等。当蒸汽流速高(对于水蒸气，流速大于10m/s)时，蒸汽流在液膜表面产生明显的粘性应力。其影响取决于蒸汽流是否与重力场方向相同或不同的方向、流速大小、液膜是否破裂等。通常，当蒸汽流动方向与液膜下流动方向相同时，液膜变薄，热交换得到改善。相反，当蒸汽流动方向与液膜下的流动方向相反时，蒸汽流动通过加厚液膜厚度减弱传热。液膜过冷度及温度分布非线性影响，诺塞尔的理论分析忽略液膜过

9、冷度影响，假设液膜温度呈线性分布。蒸汽是过冷蒸汽时，分析表明，代替计算公式使用可以照顾这两个因素的影响。此时，计算公式证明，在，过热蒸汽的情况下，计算公式的潜热只需要使用过热蒸汽和饱和液体的钨差。此时，计算可以替代，利用上面提到的饱和蒸汽的实验相关性，计算过热蒸汽的冷凝传热、管行数的影响。以前刘涛的十字管冷凝传热公式仅适用于单十字管。对于沿流向N横管的管束的传热，理论上只需将该公式中的特征长度D替换为nd即可。事实上，这是过于保守的估计。因为上行冷凝液不是平静地落在下行管道上，而是在下降时弹出，对液膜产生冲击和扰动。弹跳和扰动的程度取决于多发的几何布局、流体的物理性质等，情况比较复杂。设计时最好参考符合设计条件的实验资料。管内凝结的影响，在许多工业冷凝器中，蒸汽通过压差作用下管道内部同时发生凝结，此时热交换的情况与蒸汽流速有很大关系。例如，在水平管中，以冷凝为例，在蒸汽流速低的时候，冷凝液主要聚集在管道底部，蒸汽位于管道的上半部分，其界面形状如图所示。蒸汽流速较高，形成所谓环状流，凝结液均匀地在管周围展开，中心是蒸汽核。随着流动的进行，