传热-第7章-2.ppt

7 4沸腾传热的模式 沸腾 boiling 液体温度超过相应压力下的饱和温度时所发生的汽化现象 伴随大量汽泡 bubble 产生 均相沸腾 因压力突降发生的沸腾现象 闪蒸 不存在加热面 非均相沸腾 因表面加热产生的沸腾现象 大容器沸腾 池沸腾 强迫流动沸腾 管内沸腾 饱和沸腾 过冷沸腾 主要讨论大空间饱和沸腾 1 大容器饱和沸腾曲线 大容器饱和沸腾的特点 加热表面上有汽泡生成 随着汽泡长大和脱离壁面 容器内的液体受到剧烈扰动 换热强度很高 饱和沸腾曲线 qw t 4个阶段 1 自然对流 2 核态沸腾A C 3 过渡沸腾C D 4 膜态沸腾D 核态沸腾 过渡沸腾 膜态沸腾 沸腾危机 DNB departurefromnucleateboiling 偏离核沸腾点 安全警界点 CHF criticalheatflux 临界热流密度qmax 烧毁点 2 气泡动力学 汽泡的力平衡 汽泡的力平衡 为表面张力 汽泡的生存条件 称为过热度 从传热角度分析 应该 即液体是过热的 过热度越大 能够生存的汽泡半径越小 加热壁面处的过热度最大 所以该处的汽泡最容易生存 汽化核心 汽泡产生点 7 5沸腾换热计算公式 1 大容器饱和核态沸腾换热计算公式 1 米海耶夫公式 适用于水在105 4 106压力下大容器饱和沸腾 为过热度 p为绝对压力 2 罗森诺公式 l为饱和液体的动力粘度 Pa s r为沸腾液体的汽化潜热 kJ kg 为液体与饱和蒸气界面上的表面张力 N m l v分别为饱和液与饱和蒸气的密度 kg m3 cpl为饱和液体的比定压热容 J kg K t为壁面的过热度 即沸腾温差 s为经验指数 对水s 1 对其它液体 s 1 7 Cwl为根据加热面与液体种类选取的经验常数 3 库珀 Cooper 公式 适用于制冷剂 Mr为液体的相对分子质量 分子量 pr为对比压力 即液体压力与其临界压力之比 Rp为表面平均粗糙度 单位为 m 对于一般工业用材料表面 Rp 0 3 0 4 m 朱伯 N Zuber 给出了大空间核态饱和沸腾临界热流密度的计算公式 适用条件 大空间核态饱和沸腾 加热表面的特征尺寸远大于汽泡平均直径 临界热流密度的数值与压力密切相关 在比压力 液体的压力与其临界压力之比 大约等于0 3处临界热流密度具有极大值 2 大容器沸腾的临界热流密度计算公式 3 大容器膜态沸腾换热的计算公式 膜态沸腾中气膜的流动和换热类似于膜状凝结中液膜的流动与换热 可用类似的分析方法分析 得到的解的函数形式也很相似 定性温度 l和r采用饱和温度ts 其余物性参数用tm tw ts 2 对于球面 系数0 62改为0 67 1 因为汽膜热阻较大 而且tw在膜态沸腾时很高 壁面的净换热量不仅要按沸腾计算 还应考虑辐射换热 2 辐射换热的作用使汽膜的厚度增加 所以不能认为此时的总换热量是按对流换热与辐射换热方式各自计算结果的累加 一般情况应用超越方程求解 二者相互影响的复合换热表面传热系数 注意 7 22 7 6沸腾换热的影响因素及其强化 1 液体的物性 从罗森诺公式可以看出 2 加热表面状况 决定汽化核心数目的多少 a 壁面材料的种类 热物理性质以及壁面的厚度等 如壁面与沸腾液体间的润湿性 加热壁面的吸热系数 c 1 2对沸腾换热都有影响 b 加热壁面的粗糙度 c 加热壁面的氧化 老化和污垢沉积情况等 3 不凝结气体 强化传热 4 加热表面的大小与方向以及液体自由表面的高度 即液位 等因素的影响 了解影响核态沸腾换热主要因素的主要目的就是为了确定强化或者削弱沸腾换热的方法 强化沸腾换热的措施 1 提高壁面过热度 t 2 采用强迫对流沸腾 3 改变加热壁面状况等 强迫对流沸腾简介 外力驱动下流体在宏观定向运动过程中发生的沸腾现象 如电站直流锅炉水冷壁管和制冷系统蒸发器管中的沸腾 强迫对流沸腾过程中始终伴随有汽液两相流动 热管技术简介 1 热管的工作原理 2 热管的工作特点 重力热管示意图 1 传热能力强 一根钢 水热管的传热能力大致相当于同样尺寸紫铜棒导热能力的1500倍 2 传热温差小 3 结构简单 工作可靠 传输距离长 4 热流密度可调 通过改变加热段和放热段的长度或加装肋片 5 采用不同的工质可适用不同的温度范围 6 热管应用中存在的主要问题 密封性 热管管材与工质间的相容性 3 热管的工程应用 1 卫星表面等温化及温度控制 如 航天器 2 热量回收 3 电子和电器设备的冷却 大功率晶体管冷却 4 太阳能聚集器 5 振荡流热管 脉动热管 第7章小结 1 表面凝结的两种基本形态 膜状凝结和珠状凝结的特点和形成条件 2 努塞尔关于竖壁膜状凝结换热的理论分析方法 3 影响膜状凝结换热的主要因素 4 强化凝结换热的主要方法 8 热管的工作原理 5 大空间饱和沸腾4个阶段的基本特征 饱和沸腾曲线 临界热流密度 6 影响大空间饱和核态沸腾换热的主要因素 7 强化核态沸腾换热的方法 作业 7 22 7 24 思考题 1 两滴完全相同的水滴在大气压力下分别滴在表面温度为120 和400 的铁板上 试问滴在哪块板上的水滴先被烧干 为什么 2 从沸腾过程分析 为什么用电加热器加热时当加热功率q qmax时 易发生壁面被烧毁现象 而采用蒸汽加热则不会 3 竖壁倾斜后其凝结换热表面传热系数是增加还是减小 为什么 4 在电厂动力冷凝器中 主要冷凝介质是水蒸汽 而在制冷剂 氟里昂 的冷凝器中 冷凝介质是氟里昂蒸汽 在工程实际中 常常要强化制冷设备中的凝结换热 而对电厂动力设备一般无需强化 试从传热学的角度加以解释 例题5如图 为增强散热 在一根直径为d 15mm 长为200mm的铜杆水平插到一个电热器的两个表面之间 冷却介质为空气 已知参数如图 试确定 1 杆中间截面处的温度 2 杆的散热量 空气 例题6压力0 7 105Pa的饱和蒸汽 在高0 3m 壁温为70 的竖壁直平板上发生膜状凝结 求平均表面传热系数及平板每米宽的凝液量 例题7 一竖管 管长为管径的64倍 为使管子竖放与水平放置时的凝结表面传热系数想等 必须在竖管上安装多少泄液盘 设相邻泄液盘之间的距离相等 例题8