7第七章 相变对流传热.ppt

1、2020/8/12，1，1，第13届相变对流传热、教学过程：自学、提问、教学目的和要求相变传热模式的理解，影响传热因素，了解强化方法实验相关公式。 教学内容：膜状冷凝概念，相关公式的修正，影响因素及传热方法的强化大容器沸腾传热概念，相关公式，影响因素及传热强化方法的修正。 2020/8/12，2，2，提纲：一、冷凝传热1 .现象和特征的基本概念，发生条件为壁面温度h膜状，但不能持续。 2 .纵壁膜状凝结分析解Nusselt分析解基于9个假设，视液膜内只有纯热传导。 因此，为了得到局部的表面热传导系数，得到那里的液膜厚即可。 竖管和横管，h横h竖。 3 .膜状凝结的工序修正流状态判别(Re反复法

2、)关联式注意特征性的长度和定性温度4 .掌握影响因素膜状凝结各种影响因素，特别是非凝结性气体和蒸汽流速的影响机理。 2020/8/12，3，5 .当冷凝热交换的强化冷凝热阻为传热过程的主要部分热阻时，强化效果较好。 强化的原则是破坏或减薄液膜层，强化技术是减薄液膜厚度，加快液膜排泄。 二、沸腾热交换1 .特征基本概念：蒸发和沸腾，大容器沸腾和管内沸腾，饱和沸腾，过热度。 汽化核数是测量强化沸腾的重要残奥仪表。 2 .随着大容器饱和沸腾曲线的曲线形式、t，4个不同区域的换热规律和特征。 核沸腾是工业中的理想工作领域，温差小，热交换强。 3 .沸腾热交换的两种加热方式控制壁温(改变壁温tw和液体饱

3、和温度ts之差t=tw-ts，q的大小受沸腾侧的影响很大。 控制热流(壁面上的热流密度q、q与h无关，取决于外部施加的条件)，2020/8/12，4，4 .临界热流密度qmax的意义在于能够控制热流： q qmax，保证设备的安全运行，防止烧毁， 可以控制壁温： t 6.气化核心结合气化核心概念理解沸腾换热机理，结合大容器饱和沸腾曲线理解气泡生成、生长、脱离、破裂等规律7 .沸腾换热影响因素和强化沸腾换热影响因素是气泡生长运动的影响因素。 加强沸腾换热的主要出发点是增加壁面汽化核数，基本手段是沸腾表面的特殊加工。 2020/8/12,5、5、5、相变对流传热、冷凝传热(气相变化液相)、沸腾传热

4、(液相变化气相)、7-1冷凝传热的模式、相变：物质系不同的相(气液固)之间的变化。 相变过程伴随吸热散热的相变潜热相变传热的特点：由于潜热释放和相变过程的复杂性，比单相对流热交换复杂。 相变对流传热的关键是确定表面传热系数，根据牛顿冷却公式修正热流量。 冷凝传热：夏季离开空调室后眼镜表面膜状冷凝沸腾传热：沸水，2020/8/12，6，7-1冷凝传热模式，冷凝传热：蒸汽接触低于饱和温度的壁面时，冷凝传热发生的必要条件：冷凝模式为气液界面的接触角(图7-1 )，2020/8/12，7，7 珠状凝结、珠状凝结的表面热交换系数膜状凝结一般不能长时间保持。 2.55105500025000、7-1冷凝传

5、热模式、2020/8/12、8、7-2膜状冷凝分析解和实验相关式层流膜状冷凝、空单元纯饱和蒸汽层流膜状冷凝理论分析解：液体膜层的热阻是主要因素。基本假设：二维，稳态，稳态，层流蒸汽静止，在汽液界面没有对液膜的粘性力，忽略惯性力的话，液膜的运动只依赖于重力和粘性力，壁温twconst，在汽液界面没有温度差，tts液膜内部没有对流，只是热传导，温度分布是直线的，忽略液膜的过冷度液膜表面平坦，没有偏差。 2020年8月12日， 9、9、努塞尔纯饱和蒸汽层流膜状冷凝理论分析解、稳态边界层微分方程式、简化后的常微分方程式、简化后的速度和温度分布、7-2膜状冷凝分析解及实验关联式层流膜状冷凝、抛物线、线性

6、传热式牛顿冷却式、简化后的速度和温度分布、7-2膜状冷凝分析解和实验关联式层流膜状冷凝， 2020/8/12，11，努塞尔纯饱和蒸汽层流膜状冷凝理论分析解、纵壁、倾斜纵壁、水平圆管壁r由ts决定。 其他物性由平均温度决定：为什么冷凝器多采用水平横管配置，7-2膜状冷凝分析解和实验相关式层流膜状冷凝，2020/8/12，12，膜状冷凝实验相关式：纵壁(层流)，理论分析解在一定的假设条件下得到，实验结果修正，实验相关式，纵壁(湍流) 7-2膜状冷凝分析解和实验关联式，2020/8/12，13，膜状冷凝实验关联式：理论分析解在一定的假设条件下得到，实验结果修正，实验关联式，与水平圆管壁，分析解一致，

7、水平圆管壁雷诺数，横管一般处于层流的7-2膜状冷凝分析解和实验关联式，2 使用判别流动状态(层流湍流)的对应形式的实验关联式来修正平均表面热传递系数的牛顿冷却式来修正热交换量，修正冷凝速度(每单位时间冷凝的液膜质量)。 注意事项：1.re中含有未知量h，因此假设流动状态进行校正后，检查流动状态的2 .一定压力下的饱和水蒸气r和ts由附录10决定，其他物性由平均温度tm调查附录9决定。7-2膜状冷凝分析解及实验关联式、2020/8/12、15、7-3膜状冷凝的影响因素及其传热强化、膜状冷凝热交换的影响因素：不冷凝气体：蒸汽流速：过热蒸汽：液膜的过冷度及温度分布的非线性管列数管内减薄液膜的厚度为表

8、面张力减薄液膜厚(低肋管、锯齿管、微基于增加顺液膜的流动方向的蒸汽流速使单管或管束加速液膜的排出管段排泄管、沟管、离心力、静电引力等水平放置，减少非凝结气体的吸引、引射等，或者增加蒸汽的流速使其凝结，作为7-的2020/8/12、17、7-4 沸腾热交换：在液体内部的固液界面形成气泡，热从固壁传递到液体的过程。 沸腾热交换的必要条件：沸腾液体是否整体流动，管内强制对流沸腾，大容器沸腾，沸腾液体本体温度是否达到饱和温度，饱和沸腾，过冷却沸腾，y，n，y，n，2020/8/12，18，74 t 25 3360核沸腾区。 产生气泡，气泡之间的激烈干扰使表面热交换系数和热流密度急剧增加，加强热交换。

9、25 t 200 :过渡沸腾区。 气泡的产生速度比脱离速度大，气泡附着形成蒸汽膜，蒸汽膜的热阻减弱了热交换效果。200 t :稳定模式沸腾区域。 形成稳定蒸汽膜，蒸汽膜的热阻减弱了热交换效果，而高温壁面的辐射热交换进一步增强了热交换效果。大容器饱和沸腾的4个区域、莱登弗洛斯的特点、CHF、2020/8/12、19、工业应用要求保持在核沸腾区，不能加入过渡沸腾区。 过渡沸腾区壁温增加，但热流密度降低，设备容易烧毁。 qmax临界热流密度CHF (烧失点)监视温度点DNB (核沸腾转换点)沸腾热交换：热交换温度差t越大热流密度越大沸腾热交换的两种加热方式：当大于壁温控制热流(qmax )时，壳体沿

10、虚线直接弹起至稳定膜状态沸腾，t急增至1000，避免设置CHF、2020/8/12、20、7-4沸腾传热的模式气化核心、气化核心：通常，沸腾时产生气泡的不仅是加热面的某一点，不是加热面整体，而是这些气泡产生的点称为气化核心。 气泡产生的源泉。 墙面的凹陷裂孔最有可能成为气化的核。 气泡半径r必须满足以下条件才能生存：克拉韦龙方程式、式中：表面张力、N/m； r气化潜热、J/kg v蒸汽密度、kg/m3； 从tw壁面温度、C ts对应压力下的饱和温度、c来看，(tw ts )、Rmin在同一加热面上，被称为气化芯的凹槽数增加，气化芯数增加，热交换增强，壁面气泡的产生、生长和脱离增加，沸腾传热强度

11、、受热面积残存气体、2020/8/10加热固体牛顿的冷却方式仍然适用，沸腾热交换的推进力也是温度差，壁面过热(twts )是必要条件沸腾热交换时的气泡在气化芯中产生，成长后逃逸，流体被补充，气泡再形成，周和再开始气泡的形成、成长和脱离会给加热表面的流体带来剧烈的干扰2020/8/12，22，大容器饱和核状态沸腾：主要影响因素是壁面的过热度和气化核数，通用液体的大容器饱和核状态沸腾：罗森诺Rohsenow式，1，符号意义参照教材(7-17 )式参照水： s1，其他液体： s1. 7，7-5大容器沸腾传热的实验关联式，22 23、大容器饱和核沸腾：主要影响因素是壁面的过热度和气化核数，制冷剂介质的

12、大容器饱和核沸腾：库铂coooo Mr制冷剂介质的分子量； pr介质压力与临界压力之比Rp表面的平均粗糙度、um。 7-5大容器沸腾传热的实验关联式、2020/8/12、24、大容器饱和核状态沸腾临界热流密度、7-5大容器沸腾传热的实验关联式、式中：物性残奥计从饱和温度调查。2020/8/12、25、大容器膜状态沸腾：注意事项：横管a0.62、球壁a0.67气化潜热r和饱和液体密度l由饱和温度ts决定，其他物性残奥计由平均温度决定tt273、200t:稳定模式沸腾区域。 形成稳定蒸汽膜，蒸汽膜的热阻减弱了热交换效果，而高温壁面的辐射热交换进一步增强了热交换效果。7-5大容器沸腾传热的实验关联式

13、、2020/8/12、26、7-6沸腾传热的影响因素及其强化、非凝结气体(与膜状凝结传热不同)溶解于液体中的非凝结气体从气化芯泄漏的强化沸腾热交换过冷度在核沸腾开始段自然对流区域，过冷度强化沸腾，因此， 强化沸腾热交换的重力加速度仅在微重力环境下，重力加速度影响核沸腾热交换管内的强制对流沸腾(图7-20 )蒸汽-流体的混合二相流。2020/8/12、27、7-6沸腾传热的影响因素及其强化，原则上通过传热表面的处理使加热面气化芯数增加。 大容器饱和沸腾传热表面多孔结构管内强制对流沸腾内螺纹管、微肋管、沸腾传热的强化措施：2020/8/12、28、7-7热管、1963年美国Los Alamos国家

14、实验室的G. M. Grover真空金属管工作流体内壁的吸液芯结构， 1 .热量从热源经由热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液-气界面2 .液体在蒸发段内的液-气界面蒸发3 .蒸汽的温度和压力比热管的其他部分高， 差压作用使蒸汽流向热管内的冷凝端4 .蒸汽在冷凝段内的气液界面冷凝：5.热量从气液界面通过吸液芯、液体和管壁传递到冷源6 .在吸液芯内通过毛细管作用使冷凝的工作液回流到蒸发段。 2020/8/12，29，7-7热管，1963年美国Los Alamos国家实验室的G. M. Grover发明，利用工作流体(氨、水、丙酮、甲醇)的蒸发和冷凝的真空金属管工作流体内壁吸液芯结构，热管地面芯片的散热需要在冷凝段安装散热片和风扇。 2020/8/12，30，常用下标的含义一般对应于表达对象的英文首字母，2020/8/12，31，本章的重点：冷凝热交换冷凝热交换的发生条件及两种冷凝热交换的形式纵壁膜状冷凝的分析解(最主要的两点假设)， 为什么是多水平横置的膜状凝结的实验关联式(凝结热交换量凝结