C8凝结与沸腾换热课件

1、C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer 特点：有相变的对流换热，换热过程中，流体特点：有相变的对流换热，换热过程中，流体都是在饱和温度下放出或者吸收汽化潜热，一般情都是在饱和温度下放出或者吸收汽化潜热，一般情况下，凝结和沸腾换热的表面传热系数要比单相流况下，凝结和沸腾换热的表面传热系数要比单相流体的对流换热甚至体的对流换热甚至几十倍几十倍。 其工业应用也很广泛，如发电厂中的凝汽器、其工业应用也很广泛，如发电厂中的凝汽器、制冷装置中的冷凝器和蒸发器、热管等。制冷装置中的冷凝器和蒸发器、热管等。C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾

2、换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer一、凝结换热过程一、凝结换热过程 当蒸汽与低于其相应压力下的饱和温度的壁面当蒸汽与低于其相应压力下的饱和温度的壁面接触时，将发生凝结过程。凝结时蒸汽释放出汽化接触时，将发生凝结过程。凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固体壁。潜热并传递给固体壁。二、分类二、分类 根据凝结液在表面上的润湿情况，凝结换热可根据凝结液在表面上的润湿情况，凝结换热可分为分为膜状凝结膜状凝结和和珠状凝结珠状凝结两种形式。两种形式。C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer1 1、

3、膜状凝结、膜状凝结 当液体能润湿壁面时，当液体能润湿壁面时，凝结液在壁面上形成一凝结液在壁面上形成一层完整的液膜，这种凝层完整的液膜，这种凝结形式叫膜状凝结。结形式叫膜状凝结。2 2、珠状凝结、珠状凝结 当液体不能润湿壁面当液体不能润湿壁面时，凝结液在壁面上形时，凝结液在壁面上形成许多液滴，这种凝结成许多液滴，这种凝结形式称为珠状凝结形式称为珠状凝结。C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer三、两种凝结换热方式的比较三、两种凝结换热方式的比较 膜状凝结时，在壁面形成的凝结液膜阻碍蒸汽膜状凝结时，在壁面形成的凝结液膜阻碍蒸汽与

4、壁面直接接触，蒸汽只能在液膜表面凝结，所放与壁面直接接触，蒸汽只能在液膜表面凝结，所放出的汽化潜热必须通过液膜才能传到壁面，液膜成出的汽化潜热必须通过液膜才能传到壁面，液膜成为膜状凝结换热的主要阻力，为膜状凝结换热的主要阻力，因此如何排除凝结液、因此如何排除凝结液、减小液膜厚度就是强化膜状凝结换热时考虑的减小液膜厚度就是强化膜状凝结换热时考虑的核心核心问题问题。 当发生珠状凝结时，大部分的蒸汽可以与壁面当发生珠状凝结时，大部分的蒸汽可以与壁面直接接触凝结，所放出的汽化潜热直接传给壁面，直接接触凝结，所放出的汽化潜热直接传给壁面，因此因此珠状凝结换热珠状凝结换热与相同条件与相同条件下的膜状凝结换

5、热相下的膜状凝结换热相比，表面传热系数要大比，表面传热系数要大几倍几倍甚至一个数量级。甚至一个数量级。 C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer2 2、分析解的结果、分析解的结果4/132943. 0wslllVttlgrh 整个竖壁的平均表面传热系数为整个竖壁的平均表面传热系数为 推广应用到水平圆管外的膜状凝结，平均表面传推广应用到水平圆管外的膜状凝结，平均表面传热系数为热系数为4/132729. 0wslllHttdgrh 注意：竖壁的计算公式同样适用于竖圆管，比较注意：竖壁的计算公式同样适用于竖圆管，比较圆管竖放和水平

6、放置的效果，为什么？圆管竖放和水平放置的效果，为什么？4/177. 0dlhhVHC8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat TransferC8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer3 3、分析解与实验结果的比较、分析解与实验结果的比较4/13213. 1wslllVttlgrh 实验表明，在低雷诺数时，实验表明，在低雷诺数时，分析解结果与实验结果很好的分析解结果与实验结果很好的相符，但当相符，但当Re20Re20后，由于液后，由于液膜表面波动，传热强化，实验膜表面波动，传热

7、强化，实验值比理论值高值比理论值高2020。将上式进。将上式进行修正得：行修正得：C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer 不凝结气体不断在液膜附近积累，使凝结过程不凝结气体不断在液膜附近积累，使凝结过程增加了蒸汽传递过程的阻力，并降低液膜表面蒸汽增加了蒸汽传递过程的阻力，并降低液膜表面蒸汽的分压力，导致液膜表面的饱和温度下降，减少了的分压力，导致液膜表面的饱和温度下降，减少了凝结的驱动力，传热系数大大减弱。电厂的凝汽器凝结的驱动力，传热系数大大减弱。电厂的凝汽器都有抽气装置，以便及时排除空气。都有抽气装置，以便及时排除空气

8、。四、四、影响膜状凝结的因素影响膜状凝结的因素1 1、不凝结气体、不凝结气体2 2、蒸汽的流速、过热度、表面的几何状况等也都、蒸汽的流速、过热度、表面的几何状况等也都有影响。有影响。C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer五、五、凝结换热的强化凝结换热的强化 通过上述分析可知，液膜的导热热阻是膜状凝通过上述分析可知，液膜的导热热阻是膜状凝结换热的主要热阻。因此，强化膜状凝结换热的结换热的主要热阻。因此，强化膜状凝结换热的关关键措施就是设法将凝结液从换热面排走、尽可能减键措施就是设法将凝结液从换热面排走、尽可能减小液膜厚度小液

9、膜厚度。例如，目前工业上由水平管束构成的。例如，目前工业上由水平管束构成的冷凝器都采用低肋管或锯齿形肋片管，利用凝结液冷凝器都采用低肋管或锯齿形肋片管，利用凝结液的表面张力将凝结液拉入肋间槽内，使肋端部表面的表面张力将凝结液拉入肋间槽内，使肋端部表面直接和蒸气接触，达到强化凝结换热的目的。直接和蒸气接触，达到强化凝结换热的目的。 C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat TransferC8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer一、沸腾换热的分类一、沸腾换热的分类大容器沸腾大

10、容器沸腾（或称为池内沸腾）（或称为池内沸腾）强制对流沸腾强制对流沸腾（主要是管内沸腾）（主要是管内沸腾）过冷沸腾：过冷沸腾：饱和沸腾饱和沸腾液体主体的温度低于饱和温度。液体主体的温度低于饱和温度。液体主体的温度达到饱和温度。液体主体的温度达到饱和温度。C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer二、大容器饱和沸腾曲线二、大容器饱和沸腾曲线 通过对水在一个大气压（通过对水在一个大气压（1.0131.01310105 5PaPa）下的）下的大容器饱和沸腾换热过程的实验观察，可以画出图大容器饱和沸腾换热过程的实验观察，可以画出图6-1

11、16-11所示的曲线，称为饱和沸腾曲线。曲线的横坐所示的曲线，称为饱和沸腾曲线。曲线的横坐标为加热面的过热度；纵坐标为热流密度。标为加热面的过热度；纵坐标为热流密度。stttwC8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat TransferC8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transferstttw ： 由核态沸腾向过渡沸腾转折由核态沸腾向过渡沸腾转折处的热流密度被定为临界热流密度。处的热流密度被定为临界热流密度。临界热流密度临界热流密度maxq确定临界热流密度的意义确定临界热流密度的意义

12、C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer三、汽化核心的分析三、汽化核心的分析 由核态沸腾的特点可由核态沸腾的特点可以看出，汽泡的生成、以看出，汽泡的生成、长大及脱离加热面的运长大及脱离加热面的运动对核态沸腾换热起决动对核态沸腾换热起决定作用。定作用。 实验观察和理论分析一致得出，汽泡是在加热实验观察和理论分析一致得出，汽泡是在加热面上所谓的面上所谓的汽化核心汽化核心处生成的，而形成汽化核心的处生成的，而形成汽化核心的最佳位置是加热面上的凹缝、孔隙处，这里残留着最佳位置是加热面上的凹缝、孔隙处，这里残留着微量气体，最容易生成汽

13、泡核（即微小汽泡）。微量气体，最容易生成汽泡核（即微小汽泡）。汽化核心示意图C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer对单个汽泡在液体中存对单个汽泡在液体中存在的条件（满足力的平在的条件（满足力的平衡和热平衡）分析可得，衡和热平衡）分析可得，气泡的半径需满足气泡的半径需满足)(2minswvsttrTRR式中：式中： 表面张力，表面张力，N/m；r 汽化潜热，汽化潜热，J/kg v 蒸汽密度，蒸汽密度，kg/m3；tw 壁面温度，壁面温度， C ts 对应压力下的饱和温度，对应压力下的饱和温度， C可见，可见， (tw ts

14、) , Rmin 同一加热面上，称为汽化核心的凹同一加热面上，称为汽化核心的凹穴数量增加穴数量增加 汽化核心数增加汽化核心数增加 换热增强换热增强C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer二、大容器沸腾的临界热流密度二、大容器沸腾的临界热流密度书中推荐适用如下经验公式书中推荐适用如下经验公式：4121max)(24vlvgrq三、大容器膜态沸腾的关联式三、大容器膜态沸腾的关联式横管的膜态沸腾横管的膜态沸腾413)()(62.0swvvvlvttdgrhC8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat Tran

15、sferHeat Transfer343434rchhhswswrTTTTh)(44其中：其中：考虑热辐射作用考虑热辐射作用由于膜态换热时，壁面温度一般较高，因此，有必要由于膜态换热时，壁面温度一般较高，因此，有必要考虑热辐射换热的影响，它的影响有两部分，一是直考虑热辐射换热的影响，它的影响有两部分，一是直接增加了换热量，另一个是增大了汽膜厚度，从而减接增加了换热量，另一个是增大了汽膜厚度，从而减少了换热量。因此，必须综合考虑热辐射效应。少了换热量。因此，必须综合考虑热辐射效应。C8C8凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热PPTPPT课件课件 Heat TransferHeat Transfer 沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心，因沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，换热就会得到强化。近此，凹坑多，汽化核心多，换热就会得到强化。近几十年来的强化沸腾换热的研究主要是增加表面凹几十年来的强化沸腾换热的研究主要是增加表面凹坑。目前有两种常用的手段：坑。目前有两种常用的手段：(1) (1) 用烧结、钎焊、用烧结、钎焊、火焰喷