有相变冷凝传热

1、有相变传热：蒸汽冷凝传热特点：膜状冷凝 和 滴状冷凝 两大类，通常，冷凝与传热表面间润湿性好，则形成膜状冷凝；如果传热表面有油污、润湿性不好，则产生滴状冷凝。但 经常操作 的冷凝器 实际上均为膜状冷凝， 故 在冷凝器设计中 均按膜状冷凝计算。影响膜状冷凝的因素：主要有：不凝结气体 蒸汽流速过热蒸汽液膜过冷度及温度分布的非线性管子排数 管内冷凝冷凝表面的几何形状雷诺数：水平管子4o（LAt Re 二 呼其中_传热系数' - - -粘度氏液膜两侧的温差ts-tw，即算术平均值ts饱和蒸汽温度-壁温L -管长或壁长，对于水平管取L zr，相当于圆管横截面半周长r圆管半径对于垂直平面或垂直管上

2、的膜状冷凝，1916年W.Nuseelt首先推导出屏蔽上膜状冷凝的计算式，在推导过程中假定：1生成的凝夜沿壁面成层流流动，热量只能以传导的方式通过凝液膜传至壁面，而无对流传热的作用；2假定蒸汽对凝液速度小，气液方面无剪应力蒸汽对冷凝的流动无影响；并且假定壁面恒定，并和蒸汽保持一定温差。这样推导出的冷凝传热系数公式如下：=0.943（型）' Lt14由于凝液流动状态与单位周边上的冷凝量有关， 不可能完全保持层流流动； 且蒸汽的流动 与液膜也有冲刷作用，故实际的冷凝传热系数一般比理论值要大 20%左右，故在实际中对 垂直管和垂直板在层流状态下的冷凝均按式（ 4-150）来进行计算。当Re&

3、lt;2100时，膜内流体作层流流动，Re>2100作湍流流动水平单管（横管）外壁面的层流膜状冷凝传热的计算公式为= 0.725gr，2'3d：t4-149<4对于水平管或水平管束，当Re<2100时<4对于水平管或水平管束，当Re<2100时冷凝液沿壁面作层流流动的垂直管和垂直板的计算公式为= 1.13f 八2° 3grP丸LMt4-150<4对于水平管或水平管束，当Re<2100时<4对于水平管或水平管束，当Re<2100时除气化潜热取冷凝温度 ts下的数值外，式中的其他有关物性参数均取膜温（ts-tw的算术平均值）下

4、的数值。<4对于水平管或水平管束，当Re<2100时<4对于水平管或水平管束，当Re<2100时l为层流转变为湍流时转其中：1、t分别为层流段、湍流段的平均表面传热系数;折点的高度，m,横管因直径较小，实践中均在层流范围。工业上用冷凝器大多数是由水平管束组成，不论是直排还是错排， 除第一排管子外，其J3d 代替 4-149它排的冷凝情况会受到其他各派管子流下的冷凝液的影响，使液膜扰动增强，总之，这个温 题比较复杂，目前还没总结出普遍使用的规律。再缺乏数据时，一般采用中的d来计算，n为管子总数。即:=0.725:?2g3r<44-155<4对于水平管或水平管束

5、，当Re<2100时<4对于水平管或水平管束，当Re<2100时此外，水平管外的传热系数还可以按下面方法计算。如果有n根水平管纵向排列， m为垂直列数，则凝液的平均传热系数可用下式计算:= 0.725P2g&3 mnd屮4-156<4对于水平管或水平管束，当Re<2100时:=1.514-157当 Re>2100 时:-=0.0041P2g丸3、k丿4-158对水平管对水平管束G且Lns式中 ns冷凝流体的股数,ns管束的总管数 一个管排的平均管数W-冷凝液量,kg/s。根据管束排列方式，ns的计算式如下:对于正方形直排:ns= 1.288N 0.4

6、80对于正方形错排:ns0.518=1.370 N对于三角形直排:ns0 495-2.08N0.495对于三角形错排:ns-1.022 N 0.519对于以上几个公式是按纯净的饱和蒸汽在洁净的表面上冷凝时建立的。若为过热蒸汽冷凝，在壁面温度低于饱和温度的情况下，仍可用以上公式求：，在使用中公式中的1仍未饱和温度与壁温之差，但冷凝潜热r应为过热蒸汽冷凝成饱和液体是放出的热量。对于垂直壁面或垂直管外的冷凝传热计算还可以采用查图的方法，图4-20是Dukles根据不同的Pr数做出的冷凝传热系数与Re数的关系曲线，及适合于层流，又适合于湍流；根据Dalton气体分压定律，气体混合物的总压力p0是蒸汽分

7、压力p1和不凝气p2之和，即p1要比其他地方的蒸汽压力p1P0=p1+p2。由于蒸汽在壁面冷凝，靠近壁面处的蒸汽压力小，而不凝气的分压 p2则相反，靠近壁面则越高。这说明在壁面附近不凝气体的浓度比较 高，在壁面周围形成一个夹层。蒸汽分子只能依靠扩散的作用穿过夹层，透过不凝气。增加了额外阻力，使冷凝传热系数迅速下降。更为不利的是，还会使壁面附近的蒸汽温度下降， 因为饱和蒸汽温度总是与其压力相对应的，蒸汽压力降低，其温度也随之降低，这样也降低了蒸汽与壁面的温差，根据文献，在水蒸气中即使只含有1%空气，也会使冷凝传热系数降低 60%。Schrades做了含不凝性气体的水蒸气实验，提出了下面的关系式：0.5= 1.3C I <D丿式中 >0 含不凝性气体的冷凝传热系数，W/(m2* ° C):-纯蒸汽的冷凝传热系数C 不凝性气体的摩尔分数- 混合气体的运动粘度， m2/sD 蒸汽和不凝性气体间的相关扩散系数，m2/s注意：此式适用范围为： C=1% 40%计算换热器的热负荷对于冷流体均有Q =cpm：t其中：Cp - -定性