有相变传热系数的计算

大空间自然对流传热蒸汽冷凝时的对流给热保温层的临界直径1、大空间自然对流传热过程各种情况下的C、n及特征尺寸d0的取值见书上附表4.3.2。水蒸汽冷凝传热是工业上应用最为广泛的一种加热方式。研究水蒸汽冷凝传热的规律，有效提高水蒸汽的传热效率，可以达到能源充分利用的目的。水蒸汽冷凝是一种常见的自然现象，例如水蒸汽在玻璃杯壁面上的凝结、冬季水蒸汽在玻璃窗上的凝结现象。2蒸汽冷凝传热过程蒸汽冷凝换热器1列管式换热器水蒸汽入口物料入口冷凝液出口物料出口蒸汽冷凝传热规律板式换热器水蒸汽入口物料入口冷凝液出口物料出口蒸汽冷凝换热器2蒸汽冷凝传热规律

冷凝液膜描述：知识回顾：导热速率与壁面厚度成反比；稳态传热时，对流传热的传热速率取决于层流底层的导热速率；层流底层越薄，传热系数越大蒸汽冷凝传热规律温度变化特点：蒸汽内部的温度均一，为饱和温度；温度变化主要集中在液膜内。TsTwTsTw垂直壁面(竖板or竖管)上的冷凝传热系数变化规律Q层流湍流(液膜流动)αL(传热系数)层流区，液膜内的传热以导热方式进行湍流主体，对流传热；层流底层，导热层流膜厚增加，传热系数减小流体湍动程度越大，层流底层厚度越薄层流底层厚度增加，传热系数减小蒸汽冷凝传热规律TsTw由上述分析可知：冷凝液膜层流层或层流底层越薄，蒸汽冷凝的传热系数越大强化蒸汽冷凝传热的措施：减少冷凝液膜层流层或层流底层的厚度设法获得滴状冷凝，如在冷凝壁面上生成疏水涂层，可提高传热系数10倍左右；高速蒸汽喷射壁面，将液膜吹薄；在传热壁面上开纵向凹槽→冷凝液借重力顺槽下降；沿纵向装金属丝or直翅片，加快冷凝液的下流速度。蒸汽冷凝传热规律简化假设：

ⅰ竖壁面TW=const.→壁面上液体温度=TW；汽、液界面处温度为TS；

ⅱ冷凝过程中，冷凝液物性ρ、μ、λ=const.；特点：层流→热量主要以热传导方式穿过液膜。可在简化前提下，通过解析方法推导出α计算式→实验修正。Lα1）液膜呈层流(Re<2100)时的对流传热系数ⅴ蒸汽的密度远小于液体的密度ρv<<ρ→即液膜运动主要取决于重力与粘性力→浮力的影响则可忽略；ⅵ通过冷凝液膜的传热是垂直于壁面方向的纯导热，温度分布呈线性变化。Lαⅲ蒸汽处于静止状态→蒸汽对液膜没有摩擦力；ⅳ液膜流动呈稳定状态→液膜作等速向下流动(液体加速度被忽略)；傅立叶定律：牛顿冷却定律：xδxTgTSTw热流方向Twαx稳态传热：αx：距顶端x处的局部对流传热系数λ；δx～x。根据理论推导，得δx～x关联式：确定出壁高为L时的平均对流传热系数α平均。

式中：蒸汽的冷凝潜热γ——取TS下的值；其余物性值均按液膜平均温度——Tm=(TS+TW)/2确定。

M冷凝负荷：单位润湿周边上流过的冷凝液的质量流量，kg/m·s；

ms冷凝液的质量流量：kg/s→M=ms/b

b润湿周边：m，对竖的平壁，为壁的宽度；对于竖管，为管外壁周长；

S液膜的横截面积，即液膜流通截面积

de当量直径：de=4S/b冷凝液膜流型的判断——Re=f(M)实验对理论推导公式的修正：

因实验不可能完全实现理论推导时所作的简化假定，如蒸汽速度≠0→需用实验结果对理论公式进行修正。修正后当冷凝液膜呈层流流动时，有：2)液膜呈湍流(R>2100)时的对流传热系数目前，还完全依靠实验测得.③水平管外的冷凝因管径通常较小→蒸汽在水平管外冷凝时，液膜一般呈层流状态。1)单根水平管外层流膜状冷凝d0：管外径2)水平管束外对流传热系数——管束间影响复杂特点：第一排管——其冷凝情况与水平放置的单根圆管相同；其它各排——其冷凝情况要受到它上面各排管子流下的冷凝液影响。目前，对管束间的影响还未总结出普遍适用的规律。对纯蒸汽冷凝→热阻集中在液膜内→凡影响液膜状况→α冷凝δReα冷凝↑物性、△T；ug、流向、过热；不凝气；传热面的形状与布置。设法获得滴状冷凝；高速蒸汽喷射壁；吹成雾状冷凝液等。④

影响冷凝传热的主要因素及冷凝传热过程的强化流体物性与液膜两侧传热温差的影响

ρ：

μ：

λ：

γ：△T：2)蒸汽流速与流向的影响

蒸汽u↑，蒸汽与液膜间摩擦力作用不能忽略，且u的影响随蒸汽压强↑加剧。向下流，蒸汽与液膜流动方向相同α冷凝↑；向上流，u不大时，阻碍液膜流动，δ↑，α冷凝↓；

u↑↑，液膜被吹离壁面，α冷凝↑↑。δ↓液膜波动3)不凝气的影响不凝气在液膜与蒸汽之间形成一层气膜(冷却过程)→附加热阻↑↑，α冷凝↓↓。通常在静止的蒸汽中，当不凝气含量仅为1%时→冷凝传热系数降低60%左右。在冷凝器的设计中，蒸汽冷凝侧设排气孔→定期排放不凝气。4)蒸汽过热(TV>TS)的影响过热蒸汽的冷凝但液膜内传热温差仍为TS-TW；通常过热蒸汽冷凝→按饱和蒸汽冷凝处理→计算误差在实际工程计算中忽略。过热蒸汽冷却(TV-TS)；饱和蒸汽的冷凝TS；5)传热面的形状与布置——强化冷凝传热强化冷凝传热过程α冷凝↑的主要途径→液膜厚度δ↓。

水平管：倾斜排列→冷凝液尽可能沿各排管切向流过；减少垂直方向上管排数；垂直管：纵向凹槽→凝液借重力顺槽下降；沿纵向装金属丝or直翅片；δ↓⑤加热面的布置如：水平管束→下排管表面上产生的汽泡向上浮升，引起对上排管的附加扰动→α水平管束

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α单管。扰动程度：液体沸腾压强、热负荷、液体性质、管排间距等。3.保温层的临界直径TiTor1r2L时，有：，Q有极值。本节小结1蒸汽冷凝传热过程特点：

传热、相变相伴发生

→α有相变>α无相变；2膜状冷凝传热热阻几乎全部集中在冷凝液膜