各种对流换热过程的特征及其计算公式ppt课件

1、第一节第一节 受迫对流换热受迫对流换热一、流体沿平壁流动时的对流换热一、流体沿平壁流动时的对流换热3121PrRe664. 0mmmNu )(21wfmttt)(21wfmttt管内受迫对流换热实验关联式管内受迫对流换热实验关联式管内受迫对流流动和换热的特征管内受迫对流流动和换热的特征1流动有层流和湍流之分流动有层流和湍流之分 层流：层流：过渡区：过渡区：旺盛湍流：旺盛湍流：Re23002300Re10000Re10000 二、流体在管道内换热二、流体在管道内换热 入口段的热边境层较薄，部分换热系数比充分开展段的高，且沿着主流方向逐渐降低，逐渐接近充分开展段，部分换热系数逐渐趋于稳定。工程技术

2、中经常利用入口段换热效果好这一特点来强化设备的换热。2 2入口段的热边境层薄，部分换热系数高。入口段的热边境层薄，部分换热系数高。 层流入口段长度层流入口段长度: : 湍流时湍流时: :/0.05 Re Prld/60ld层流层流湍流湍流3 3特征速度及定性温度确实定特征速度及定性温度确实定 特征速度：计算特征速度：计算ReRe数时用到的流速，普通数时用到的流速，普通多取截面平均流速。多取截面平均流速。 定性温度：计算物性的定性温度多为截面定性温度：计算物性的定性温度多为截面上流体的平均温度或进出口截面平均温上流体的平均温度或进出口截面平均温度。度。 )(21fffttt 实践工程换热设备中，

3、层流时的换热实践工程换热设备中，层流时的换热经常处于入口段的范围。可采用以下齐德经常处于入口段的范围。可采用以下齐德泰特公式：泰特公式：0.141/ 3RePr1.86/ffffwNuld1 1。管内层流换热关联式。管内层流换热关联式ftwwt定性温度为流体平均温度定性温度为流体平均温度 按按壁温壁温 确定，管内径为特征长度，管确定，管内径为特征长度，管子处于均匀壁温。子处于均匀壁温。0.0044 9.75fw，0.141/3Re Pr2/fffwl d。Pr0.4816700,f 实验验证范围为：3. 3. 管内紊流时的准那么方程管内紊流时的准那么方程 适用上运用最广的是迪贝斯贝尔特公式：适

4、用上运用最广的是迪贝斯贝尔特公式： lRtlRt 加热流体时加热流体时 冷却流体时冷却流体时 式中式中: : 定性温度采用流体平均温度定性温度采用流体平均温度 ，特征长度，特征长度为管内径。为管内径。0.80.023RePrnfffNu 0.4n 0.3nft2. 管内过渡形状时的准那么方程管内过渡形状时的准那么方程在在Ref=2300-104范围内，流动为过渡形状范围内，流动为过渡形状查看查看P198表表16-1 实验验证范围：实验验证范围： 此式适用与流体与壁面具有中等以下温差场所。此式适用与流体与壁面具有中等以下温差场所。45Re10 1.2 10,fPr0.7 120,f/60l d

5、。v普通在关联式中引进乘数普通在关联式中引进乘数v在有换热条件下，截面上的温度并不均匀，在有换热条件下，截面上的温度并不均匀，导致速度分布发生畸变。导致速度分布发生畸变。v 来思索不均匀物性场对换热的影响。来思索不均匀物性场对换热的影响。(/)Pr /Pr )nnfwfw或（三、流体横掠圆管时的换热三、流体横掠圆管时的换热1.流体横掠单管时的换热流体横掠单管时的换热 外部流动：换热壁面上的流动边境层与热边境层能自在外部流动：换热壁面上的流动边境层与热边境层能自在开展，不会遭到临近壁面存在的限制。开展，不会遭到临近壁面存在的限制。 横掠单管：流体沿着垂直于管子轴线的方横掠单管：流体沿着垂直于管子

6、轴线的方向流过管子外表。流动具有边境层特征，还向流过管子外表。流动具有边境层特征，还会发生绕流脱体。会发生绕流脱体。1/ 3RePrnNuC()/ 2;wttu。 虽然部分外表传热系数变化比较复杂，但从平虽然部分外表传热系数变化比较复杂，但从平均外表换热系数看，渐变规律性很明显。均外表换热系数看，渐变规律性很明显。可采用以下分段幂次关联式：可采用以下分段幂次关联式：式中：定性温度为式中：定性温度为 特征长度为管外径；特征长度为管外径；数的特征速度为来流速度数的特征速度为来流速度Re2、流体横掠圆管束时的换热、流体横掠圆管束时的换热第二节第二节 自然对流换热自然对流换热 流体受壁面加热或冷却而引

7、起的自然对流换热 与流体在壁面 附近的由温度差别所构成的浮升力有关。不均匀的温度场呵斥 了不均匀的密度场，由此产生的浮升力成为运动的动力。 在热壁面上的空气被加热而上浮,而未被加热的较冷空气因密 度较大而下沉。所以自然对流换热时,壁面附近的流体不像受迫 对流换热那样朝同一方向流动。 普通情况下，不均匀温度场仅发生在接近换热壁面的薄层之内。在贴壁处，流体温度等于壁面壁面温度tW，在分开壁面 的方向上逐渐降低至周围环境温度。 在普通情况下，不均匀温度场仅发生在接近换热壁面的薄层之在普通情况下，不均匀温度场仅发生在接近换热壁面的薄层之内。在贴壁处，流体温度等于壁面温度内。在贴壁处，流体温度等于壁面温

8、度twtw，在分开壁面的方向上逐，在分开壁面的方向上逐渐降低，直至周围环境温渐降低，直至周围环境温 度度tt，如图，如图526a526a所示。薄层内的速度所示。薄层内的速度分布那么有两头小中间大的特点。分布那么有两头小中间大的特点。 自然对流亦有层流和湍流之分。自然对流亦有层流和湍流之分。以一块热竖壁的自然对流为例，其自下而上的以一块热竖壁的自然对流为例，其自下而上的流动景象示出于以下图流动景象示出于以下图a a。在壁的下部，流动刚开场构成，它是有规那么在壁的下部，流动刚开场构成，它是有规那么的层流；假设壁面足够高，那么上部流动会转的层流；假设壁面足够高，那么上部流动会转变为湍流。变为湍流。不

9、同的流动形状对换热具有决议性影响：层流不同的流动形状对换热具有决议性影响：层流 时，换热热阻完全取决了薄层的厚度。从换热时，换热热阻完全取决了薄层的厚度。从换热壁面下端开场，随着高度的增壁面下端开场，随着高度的增 加，层流薄层加，层流薄层的厚度也逐渐添加。部分外表传热系数也随的厚度也逐渐添加。部分外表传热系数也随 高度添加而减小。高度添加而减小。流体沿竖壁自然对流的流动性质和流体沿竖壁自然对流的流动性质和部分外表传热系数的变化部分外表传热系数的变化 从对流换热微分方程组出发，可以导出适用于自然对流换从对流换热微分方程组出发，可以导出适用于自然对流换热的准那么方热的准那么方 程式程式 。原那么上

10、自然对流换热准那么方程式可写为： 式中式中GrGr为格拉晓夫数为格拉晓夫数 Gr格拉晓夫数是浮升力格拉晓夫数是浮升力/粘滞力比值的一种度量。粘滞力比值的一种度量。Gr数的增大阐明浮升力作用的相对增大。数的增大阐明浮升力作用的相对增大。自然对流亦有层流与湍流之分，判别层流与湍流的准那么数为自然对流亦有层流与湍流之分，判别层流与湍流的准那么数为Gr数数一、无限空间自然对流换热一、无限空间自然对流换热 换热面附近流体的运动情况只取决于换热面的外形、尺寸换热面附近流体的运动情况只取决于换热面的外形、尺寸和温度，而与空间围护壁面无关，因此称为无限空间自然对流和温度，而与空间围护壁面无关，因此称为无限空间

11、自然对流换热。换热。根据自然对流换热原那么性准那么方程，工程中根据自然对流换热原那么性准那么方程，工程中广泛运用的是以下方式的关联式：广泛运用的是以下方式的关联式： 定性温度：定性温度：特征长度：竖平板、竖圆柱为高度特征长度：竖平板、竖圆柱为高度H H，横圆柱为，横圆柱为外径外径d dnGrCNuPr)(2/ )(tttwm参数参数C、n的选取查看相关表格的选取查看相关表格二、有限空间自然对流换热二、有限空间自然对流换热流体在夹层两侧壁温不等的空间内进展对流换热时流体在夹层两侧壁温不等的空间内进展对流换热时为有限空间自然对流换热。为有限空间自然对流换热。讨论如下图的竖的和程度的两种封锁夹层的自

12、然对流换热讨论如下图的竖的和程度的两种封锁夹层的自然对流换热 。夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度 为特征长度的为特征长度的GrGr数数 般关联式具有般关联式具有 : :对于竖空气夹层对于竖空气夹层: :H/的实验验证范围为的实验验证范围为1142对于程度空气夹层，引荐以下关联式：对于程度空气夹层，引荐以下关联式：值得指出，对于竖直夹层，当Gr Pr2000、对程度夹层Gr Pr 1700时，夹层中的热量传送过程为纯导热。除了自然对流以外，夹层 的热量传送还有辐射换热。经过夹层的换热量应是两者之和。 第三节第三节 蒸汽凝结换热蒸汽凝结换热凝结换热实例凝

13、结换热实例锅炉中的水冷壁锅炉中的水冷壁冰冷冬天窗户上的冰花冰冷冬天窗户上的冰花许多其他的工业运用过程许多其他的工业运用过程凝结换热的关键点凝结换热的关键点凝结能够以不同的方式发生，膜状凝结和珠凝结能够以不同的方式发生，膜状凝结和珠状凝结状凝结冷凝物相当于添加了热量进一步传送的热阻冷凝物相当于添加了热量进一步传送的热阻层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式影响膜状凝结换热的要素影响膜状凝结换热的要素会分析竖壁和横管的换热过程，及会分析竖壁和横管的换热过程，及NusseltNusselt膜状凝结实际膜状凝结实际 1 1 、凝结换热景象、凝结换热景象 蒸汽与低于饱和温度

14、的壁面接触时，将汽化潜热释蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给固体壁面，并在壁面上构成凝结液的过程，称凝结换放给固体壁面，并在壁面上构成凝结液的过程，称凝结换热景象。有两种凝结方式。热景象。有两种凝结方式。 2 2 、凝结换热的分类、凝结换热的分类 根据凝结液与壁面浸润才干不同分两种根据凝结液与壁面浸润才干不同分两种 (1) (1)膜状凝结膜状凝结 定义：凝结液体能很好地潮湿壁面，并定义：凝结液体能很好地潮湿壁面，并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结方式，能在壁面上均匀铺展成膜的凝结方式，称膜状凝结。称膜状凝结。 特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的相变热

15、潜热须穿过液膜才干传到冷相变热潜热须穿过液膜才干传到冷却壁面上，却壁面上， 此时液膜成为主要的换热此时液膜成为主要的换热热阻热阻 gswtt(2)(2)珠状凝结珠状凝结 定义：凝结液体不能很好地潮湿壁定义：凝结液体不能很好地潮湿壁面，凝结液体在壁面上构成一个个面，凝结液体在壁面上构成一个个小液珠的凝结方式，称珠状凝结。小液珠的凝结方式，称珠状凝结。 特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。可传到冷却壁面上。所以，在其它条件一样时，珠状凝结的外表传所以，在其它条件一样时，珠状凝结的外表传热系数定大于膜状凝结的传热系数。热系数定大于膜状凝结

16、的传热系数。 gswtt一、膜状凝结分析解及关联式一、膜状凝结分析解及关联式 1 1、纯真蒸汽层流膜状凝结分析解、纯真蒸汽层流膜状凝结分析解 假定：假定：1 1常物性；常物性；2 2蒸气静止；蒸气静止；3 3液膜的惯性液膜的惯性力忽略；力忽略；4 4气液界面上无温差，即液膜温度等于气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度；饱和温度；5 5膜内温度线性分布，即热量转移只膜内温度线性分布，即热量转移只需导热；需导热；6 6液膜的过冷度忽略；液膜的过冷度忽略； 7 7忽略蒸汽密忽略蒸汽密度；度；8 8液膜外表平整无动摇液膜外表平整无动摇根据以上根据以上 9 9 个假设从边境层微分方程组推出努个假设从

17、边境层微分方程组推出努塞尔的简化方程组，从而坚持对流换热实际的塞尔的简化方程组，从而坚持对流换热实际的一致性。同样的，凝结液膜的流动和换热符合一致性。同样的，凝结液膜的流动和换热符合边境层的薄层性质。边境层的薄层性质。 以竖壁的膜状凝结为例：以竖壁的膜状凝结为例： x x 坐标为重力方向，如坐标为重力方向，如下图。下图。 在稳态情况下，凝结液膜流动的微分方程组为在稳态情况下，凝结液膜流动的微分方程组为 ：2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll下脚标下脚标 l l 表示液相表示液相思索假定思索假定3 3液膜的惯性力忽略液膜的惯性力忽略 2222)(0ytayt

18、vxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll0)(yuvxuul思索假定思索假定7 7忽略蒸汽密度忽略蒸汽密度0dxdp0ytvxtu002222ytayuglll 只需只需u u 和和 t t 两个未知量，于是，上面得方两个未知量，于是，上面得方程组化简为：程组化简为： 思索假定思索假定5 5 膜内温度线性分布，即热量膜内温度线性分布，即热量转移只需导热转移只需导热边境条件：边境条件：swttyuyttuy ,0dd 0, 0时，时，1/ 4llsw2l4(tt )xgr 求解上面方程可得：求解上面方程可得：(1) (1) 液膜厚度液膜厚度定性温度：定性温度：2wsmttt留意：留意：

19、r r 按按 ts ts 确定确定(2) (2) 部分外表传热系数部分外表传热系数1 / 423llxlswgrh4( tt)x sw( tttC )整个竖壁的平均外表传热系数整个竖壁的平均外表传热系数1 / 423lllVx0lswgr1hh dx0.943ll( tt) 定性温度：定性温度：2wsmttt留意：留意：r r 按按 ts ts 确定确定(3) (3) 修正：实验阐明，由于液膜外表动摇，凝结修正：实验阐明，由于液膜外表动摇，凝结换热得到强化，因此，实验值比上述得实际值高换热得到强化，因此，实验值比上述得实际值高2020左右左右1/ 423llVlswgrh1.13l(tt )

20、修正后：修正后：4 4当是程度圆管及球外表上的层流膜状凝结时，当是程度圆管及球外表上的层流膜状凝结时，其平均外表传热系数为：其平均外表传热系数为： 1/ 423llHlswgrh0.729d(tt ) 1/ 423llSlswgrh0.826d(tt ) 程度管：程度管：球：球：横管与竖管的对流换热系数之比：横管与竖管的对流换热系数之比：4177. 0 dlhhVH2 2 膜层中凝结液的流动形状膜层中凝结液的流动形状 20Re 1600Rec无动摇层流无动摇层流有动摇层流有动摇层流湍流湍流凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判别根据凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判别根据依然时依然时ReRe，

21、elduRe式中：式中： ul ul 为为 x = l x = l 处液膜层的平均流速；处液膜层的平均流速；de de 为该截面处液膜层的当量直径。为该截面处液膜层的当量直径。ecd4A / P4b/ b4lml4u4qReswmlh(tt )lrqsw4hl( tt)Rerrl对程度管，用对程度管，用 替代上式中的替代上式中的 即可。即可。并且横管普通都处于层流形状并且横管普通都处于层流形状如图如图由热平衡由热平衡所以所以3 3 湍流膜状凝结换热湍流膜状凝结换热实验证明：实验证明： 1 1 膜层雷诺数膜层雷诺数 Re=1600 Re=1600 时，液膜由层流转时，液膜由层流转变为紊流变为紊流

22、 ； 2 2 横管均在层流范围内，由于管径较小。横管均在层流范围内，由于管径较小。 特征特征 : :对于紊流液膜，热量的传送：对于紊流液膜，热量的传送： 1 1 接近壁接近壁面极薄的层流底层依托导热方式传送热量；面极薄的层流底层依托导热方式传送热量； 2 2 层流底层以外的紊流层以紊流传送的热量为主。因层流底层以外的紊流层以紊流传送的热量为主。因此，紊流液膜换热远大于层流液膜换热。此，紊流液膜换热远大于层流液膜换热。 计算方法：对于竖壁湍流膜状换热，沿整个计算方法：对于竖壁湍流膜状换热，沿整个壁面上的平均外表传热系数壁面上的平均外表传热系数 ccltxxhhh1ll式中：式中：hlhl为层流段

23、的传热系数；为层流段的传热系数；htht为湍流段的传热系数；为湍流段的传热系数； xcxc为层流转变为湍流时转机点的高度为层流转变为湍流时转机点的高度 l l为竖壁的总高度为竖壁的总高度1 / 31 / 41 / 23 / 4wssReNuGaPr58 Pr(Re253 )9200Pr利用上面思想，整理的实验关联式：利用上面思想，整理的实验关联式：式中：式中： 。除。除 用壁温用壁温 计算外，其他物理量的定性温度均为计算外，其他物理量的定性温度均为N uhl /;32Gagl/wPrwtst。二、影响膜状凝结的要素二、影响膜状凝结的要素 工程实践中所发生的膜状凝结过程往往比较复杂，受各种要素的

24、影响。1. 不凝结气体 不凝结气体添加了传送过程的阻力，同时使饱和温度下 降，减小了凝结的驱动力t 。2. 2. 蒸蒸气气流流速速 流流速速较较高高时，时，蒸蒸气气流流对对液液膜膜外外表表产产生生模模型型的的粘粘滞滞应应力。力。 假假设设蒸蒸气气流流动动与与液液膜膜向向下下的的流流动动同同向向时，时，使使液液膜膜拉拉薄，薄， 增增大；大；反反之之使使 减减小。小。 4. 液膜过冷度及温度分布的非线性 假设思索过冷度及温度分布的实践情况，要用下式替代计算公式中的 ， 5. 管子排数 管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。rpswrr0.68c

25、( tt) 3. 3. 过热蒸气过热蒸气 要思索过热蒸气与饱和液的焓差。要思索过热蒸气与饱和液的焓差。 6. 管内冷凝管内冷凝 此时换热与蒸气的流速关系很大。此时换热与蒸气的流速关系很大。 蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气那么位于蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气那么位于 管子上半部。管子上半部。 流速较高时，构成环状流动，凝结液均匀分布在管子流速较高时，构成环状流动，凝结液均匀分布在管子 周围，中心为蒸气核。周围，中心为蒸气核。 7. 凝结外表的几何外形凝结外表的几何外形强化凝结换热的原那么是尽量减薄粘滞在换热外表强化凝结换热的原那么是尽量减薄粘滞在换热外表上的液膜的厚度。上的

26、液膜的厚度。可用各种带有尖峰的外表使在其上冷凝的液膜拉薄，可用各种带有尖峰的外表使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热外表上排泄掉。或者使已凝结的液体尽快从换热外表上排泄掉。第四节第四节 液体沸腾换热液体沸腾换热沸腾的定义：沸腾指液体吸热后在其内部产生汽泡沸腾的定义：沸腾指液体吸热后在其内部产生汽泡的汽化过程称为沸腾。的汽化过程称为沸腾。 沸腾的特点沸腾的特点 1 1 液体汽化吸收大量的汽化潜热；液体汽化吸收大量的汽化潜热；2 2 由于汽泡构成和脱离时带走热量，使加热外由于汽泡构成和脱离时带走热量，使加热外表不断遭到冷流体的冲刷和剧烈的扰动，所以沸表不断遭到冷流体的冲刷和剧烈的扰

27、动，所以沸腾换热强度远大于无相变的换热。腾换热强度远大于无相变的换热。 沸腾换热分类：沸腾换热分类： 1 1 大容器沸腾池内沸腾大容器沸腾池内沸腾 ； 2 2 强迫对流沸腾管内沸腾强迫对流沸腾管内沸腾上述每种又分为过冷沸腾和饱和沸腾。上述每种又分为过冷沸腾和饱和沸腾。产生沸腾的条件：产生沸腾的条件： 实际分析与实验证明，产生沸腾的条件：实际分析与实验证明，产生沸腾的条件： 1 1液体必需过热；液体必需过热； 2 2要有汽化中心要有汽化中心 一、一、 大容器饱和沸腾曲线大容器饱和沸腾曲线 1 1大容器沸腾大容器沸腾 定义：指加热壁面沉浸在具有自在外表的液体中定义：指加热壁面沉浸在具有自在外表的液

28、体中所发生的沸腾称为大容器沸腾。所发生的沸腾称为大容器沸腾。 特点：产生的气泡能自在浮升，穿过液体自在面特点：产生的气泡能自在浮升，穿过液体自在面进入容器空间。进入容器空间。 2 2饱和沸腾饱和沸腾 定义：液体主体温度到达饱和温度定义：液体主体温度到达饱和温度 ，壁面温度，壁面温度 高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。 特点特点 : : 随着壁面过热度的增高，出现随着壁面过热度的增高，出现 4 4 个换热个换热规律全然不同的区域。规律全然不同的区域。 3 3过冷沸腾过冷沸腾 指液体主体温度低于相应压力下饱和温度，指液体主体温度低于相应压力下饱和温度，壁面

29、温度大于该饱和温度所发生的沸腾换热，称过壁面温度大于该饱和温度所发生的沸腾换热，称过冷沸腾。冷沸腾。 4 4大容器饱和沸腾曲线：大容器饱和沸腾曲线： 表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4 4个换热规律不同的阶段：自然对流、核态沸腾、过个换热规律不同的阶段：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾，如下图：渡沸腾和稳定膜态沸腾，如下图：qmaxqmin如图如图 6-11 6-11 所示，横坐标为壁面过热度对数坐所示，横坐标为壁面过热度对数坐标；纵坐标为热流密度算术密度。标；纵坐标为热流密度算术密度。 从曲线变化规律可知：随壁面过热度的增大，区从曲线变化

30、规律可知：随壁面过热度的增大，区段段、将整个曲线分成四个特定的换将整个曲线分成四个特定的换热过程，其特性如下：热过程，其特性如下： 1 1 单相自然对流段液面汽化段单相自然对流段液面汽化段 壁面过热度小时图中壁面过热度小时图中 沸腾尚未开场，换热服从单相自然对流规律。沸腾尚未开场，换热服从单相自然对流规律。4t2 2 核态沸腾饱和沸腾核态沸腾饱和沸腾 随着随着 的上升，在加热面的一些特定点上开场出现汽化中心，并的上升，在加热面的一些特定点上开场出现汽化中心，并随之构成汽泡，该特定点称为起始沸点。其特点是：随之构成汽泡，该特定点称为起始沸点。其特点是： t开场阶段，汽化中心产生的汽泡互不干扰，开

31、场阶段，汽化中心产生的汽泡互不干扰，称为孤立汽泡区；称为孤立汽泡区； 随着随着 的上升，汽化中心添加，生成的汽的上升，汽化中心添加，生成的汽泡数量添加，汽泡相互影响并合成汽块及汽柱，泡数量添加，汽泡相互影响并合成汽块及汽柱，称为相互影响区。称为相互影响区。 t随着随着 的增大，的增大， q q 增大，当增大，当 增大到一定增大到一定值时，值时， q q 添加到最大值添加到最大值 ，汽泡扰动猛烈，汽化，汽泡扰动猛烈，汽化中心对换热起决议作用，那么称该段为核态沸腾中心对换热起决议作用，那么称该段为核态沸腾泡状沸腾。泡状沸腾。 t其特点：温压小，换热强度大，其终点的热流密其特点：温压小，换热强度大，

32、其终点的热流密度度 q q 达最大值达最大值 。工业设计中运用该段。工业设计中运用该段。 t 3 过渡沸腾过渡沸腾 从峰值点进一步提高从峰值点进一步提高 ，热流密度，热流密度 q 减小；当减小；当 增大到一定值时，热流增大到一定值时，热流密度减小到密度减小到 ，这一阶段称为过渡沸腾。该区段的特点是属于不稳定过程。，这一阶段称为过渡沸腾。该区段的特点是属于不稳定过程。 tminq缘由：汽泡的生长速度大于汽泡跃离加热面的缘由：汽泡的生长速度大于汽泡跃离加热面的速度，使汽泡聚集覆盖在加热面上，构成一层速度，使汽泡聚集覆盖在加热面上，构成一层蒸汽膜，而蒸汽排除过程恶化，致使蒸汽膜，而蒸汽排除过程恶化，

33、致使 q m q m 下降。下降。 4 4 稳定膜态沸腾稳定膜态沸腾 从从 开场，随着开场，随着 的上升，气泡生长速度与跃离速度趋于平衡。的上升，气泡生长速度与跃离速度趋于平衡。此时，在加热面上构成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律地脱离膜此时，在加热面上构成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律地脱离膜层，致使层，致使 上升时，热流密度上升时，热流密度 q 上升，此阶段称为稳定膜态沸腾。上升，此阶段称为稳定膜态沸腾。 minqtt 其特点： 1 汽膜中的热量传送不仅有导热，而且有对流； 2 辐射热量随着 的加大而剧增，使热流密度大大添加； 3 在物理上与膜状凝结具有共同点：前者热量必需穿过热阻大 的

34、汽膜；后者热量必需穿过热阻相对较小的液膜。 几点阐明：几点阐明：1上述热流密度的峰值上述热流密度的峰值qmax 有艰苦意义，有艰苦意义，称为临界热流密度，亦称烧毁点。普通称为临界热流密度，亦称烧毁点。普通用核态沸腾转机点用核态沸腾转机点DNB作为监视接近作为监视接近qmax的警戒。这一点对热流密度可控和的警戒。这一点对热流密度可控和温度可控的两种情况都非常重要。温度可控的两种情况都非常重要。2对稳定膜态沸腾，由于热量必需穿过对稳定膜态沸腾，由于热量必需穿过的是热阻较大的汽膜，所以换热系数比的是热阻较大的汽膜，所以换热系数比凝结小得多。凝结小得多。二、汽化中心的分析二、汽化中心的分析 (1) (

35、1) 汽泡的生长过程汽泡的生长过程 实验阐明，通常情况下，沸腾时汽泡只发实验阐明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面生在加热面的某些点，而不是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为汽化中心，上，这些产生气泡的点被称为汽化中心，较普遍的看法以为，壁面上的凹穴和裂痕较普遍的看法以为，壁面上的凹穴和裂痕易残留气体，是最好的汽化中心，如下图。易残留气体，是最好的汽化中心，如下图。(2) (2) 汽泡的存在条件汽泡的存在条件 汽泡半径汽泡半径R R必需满足以下条件才干存活必需满足以下条件才干存活( (克拉克拉贝龙方程贝龙方程) )(2minswvsttrTRR式中：式中： 外表

36、张力，外表张力，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 ) , Rmin 同一加热面上，称为汽化中同一加热面上，称为汽化中心的凹穴数量添加心的凹穴数量添加 汽化中心数添加汽化中心数添加 换热加强换热加强三、沸腾换热计算式三、沸腾换热计算式 沸腾换热也是对流换热的一种，因此，沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式依然适用，即牛顿冷却公式依然适用，即thtthqsw)(但对于沸腾换热的但对于沸腾换热的h h却又许多不同的计算公式却又许多不同的

37、计算公式 四、大容器饱和核态沸腾四、大容器饱和核态沸腾 影响核态沸腾的要素主要是过热度和影响核态沸腾的要素主要是过热度和汽化中心数，而汽化中心数受外表资料、汽化中心数，而汽化中心数受外表资料、外表情况、压力等要素的支配，所以沸腾外表情况、压力等要素的支配，所以沸腾换热的情况液比较复杂，导致了个计算公换热的情况液比较复杂，导致了个计算公式分歧较大。目前存在两种计算是：式分歧较大。目前存在两种计算是： 1 针对一种液体的计算公式；针对一种液体的计算公式； 2 广泛适用于各种液体的计算式；广泛适用于各种液体的计算式； 1 1适用于水的米海耶夫计算式适用于水的米海耶夫计算式 Pa6510410 在在

38、压力下大容器饱和沸腾计算式：压力下大容器饱和沸腾计算式： 5 . 033. 21ptCh)(122. 033. 35 . 01KNmWC按按 thq15. 07 . 02pqCh )(533. 015. 03 . 03 . 02KNmWC2 2 适用于各种液体的计算式适用于各种液体的计算式: : 既然沸腾换热也属于对流换热，那么，既然沸腾换热也属于对流换热，那么，st = f st = f ( Re, Pr )( Re, Pr )也应该适用。罗森诺正是在这种思绪也应该适用。罗森诺正是在这种思绪下，经过大量实验得出了如下实验关联式：下，经过大量实验得出了如下实验关联式：33. 0)(Prvllw

39、lslplgrqCrtc上式可以改写为：上式可以改写为：321Pr)(slwlplvllrCtCgrq 对于制冷介质而言，以下的库珀对于制冷介质而言，以下的库珀CooperCooper公公式目前得到广泛的运用：式目前得到广泛的运用： mprmrrRmKmWCppMCqhlg2 . 012. 0)/(90)lg(66. 033. 055. 05 . 067. 0其中：其中： 为液体的相对分子质量；为液体的相对分子质量； 为对比压力液体压力与该流体的临界压力为对比压力液体压力与该流体的临界压力之比；之比； 为外表平均粗糙度，对普通工业用管材外为外表平均粗糙度，对普通工业用管材外表，为表，为0.30

40、.40.30.4； 为热流密度。为热流密度。rMrPpRq 五、大容器沸腾的临界热流密度五、大容器沸腾的临界热流密度 对于大容器沸腾的临界热流密度的对于大容器沸腾的临界热流密度的计算，引荐采用如下半阅历公式：计算，引荐采用如下半阅历公式：4121max)(24vlvgrq 六、大容器膜态沸腾的关联式六、大容器膜态沸腾的关联式1 1横管的膜态沸腾横管的膜态沸腾413)()(62. 0swvvvlvttdgrh 式中，除了式中，除了r r 和和 l l 的值由饱和温度的值由饱和温度 ts ts 决议外，决议外，其他物性均以平均温度其他物性均以平均温度 tm tm ( tw( twts ) / 2

41、ts ) / 2 为定性温为定性温度，特征长度为管子外径度，特征长度为管子外径d, d, 假设加热外表为球面，那么假设加热外表为球面，那么上式中的系数上式中的系数0.620.62改为改为0.670.67勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：343434rchhhswswrTTTTh)(44其中：其中：2思索热辐射作用思索热辐射作用 由于膜态换热时，壁面温度普通较高，因此，有由于膜态换热时，壁面温度普通较高，因此，有必要思索热辐射换热的影响，它的影响有两部分，一必要思索热辐射换热的影响，它的影响有两部分，一是直接添加了换热量，另一个是增大了汽膜厚度，从是直接添加了换热量，另