传热学 PPT课件版 第七章

CondensationandBoilingHeatTransfer第六章凝结与沸腾换热1工程应用背景锅炉炉膛中的水冷壁相变换热的特点空调、冰箱中的冷凝器和蒸发器蒸汽发生器有潜热释放影响因素太多热点难点2§6-1凝结换热现象概述一凝结的定义

二两种存在形态

蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成液体的过程。浸润性液体，非浸润性液体。31膜状凝结(filmcondensation)沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动。2珠状凝结(dropwisecondensation)当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠。gg三两种形式的凝结换热

4（3）凝结换热设备的设计依据：膜状凝结。3比较（1）h珠>h膜；（2）珠状凝结很难保持，工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结；5（3）电子元器件冷却（1）蒸汽压缩制冷循环（2）电厂的凝汽器四膜状凝结换热的应用67AsshownintherightFigure,theremaybeseveralcomplicatingfeaturesassociatedwithfilmcondensation.Thefilmoriginatesatthetopoftheplateandflowsdownwardundertheinfluenceofgravity.Thethicknessandthecondensatemassflowrateincreasewithincreasingxbecauseofcontinuouscondensationattheliquid-vaporinterface,whichisatTs.Thereisthenheattransferfromthisinterfacethroughfilmtothewallsurface,whichismaintainedatTw<Ts.Inthemostgeneralcasethevapormaybesuperheatedandmaybepartofamixturecontainingoneormorenoncondensablegases.Moreover,thereexistsafiniteshearstressattheliquid-vaporinterface,contributingtoavelocitygradientinthevapor,aswellasinthefilm.§6-2层流膜状凝结换热81对实际问题的简化1）常物性；2）饱和蒸汽总体静止；3）液膜流动缓慢；4）汽液界面上无温差；5）膜内温度线性分布；6）液膜的过冷度忽略；7）忽略蒸汽密度；8）液膜表面光滑平整无波动一Nusselt的分析解

9边界层微分方程组：10考虑（3）液膜的惯性力忽略考虑（5）膜内温度线性分布，即热量传递方式只有导热考虑（7）忽略蒸汽密度？11↘边界条件：122求解结果(1)速度、温度分布？13(2)液膜厚度质量守恒能量守恒14(3)局部对流换热系数15(4)整个竖壁的平均表面传热系数定性温度：注意：r

按ts

确定163几点说明努塞尔的理论分析可推广到水平圆管外的层流膜状凝结（1）倾斜平板（2）水平圆管外17（3）假设8似乎没用到？（4）定性温度注意：r

按ts

确定181比较二垂直管与水平管的比较和实验验证

水平管与垂直管的对流换热系数之比：192实验验证（1）水平单管（2）竖表面Nusselt分析解与实验结果吻合很好！考核实验的合理性！201液膜的流态无波动层流有波动层流湍流ul

为x=l

处液膜层的平均流速；de

为该截面处液膜层的当量直径。三湍流膜状凝结

21由热平衡222层流向湍流的转捩无波动层流有波动层流湍流（1）（2）表面传热系数的计算（3）水平管一般为层流式（6－22）注意关联式的定性温度231思路层流核算Re四例题

Re≤1600结果Re1600层流+湍流xc2要用的公式水平管外

竖直表面

式（6－22）243例6-1竖直表面

（1）水蒸气ts=100Cr（2）定性温度液膜物性（3）选用层流公式（4）核算Re（5）换热量（6）蒸汽凝结量25二.蒸气流速一.不凝结气体§6-3影响膜状凝结的因素增加了传递过程的阻力减小了凝结的驱动力流速较高时，蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。26三.过热蒸汽四.液膜过冷度及温度分布的非线性

五.管子排数前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。六.管内冷凝27原则：减薄液膜的厚度7.凝结表面的几何形状（1）为什么？（2）强化的原则

和措施措施：拉薄或排掉282930§6-4沸腾换热简介一液体汽化的两种方式（1）定义1蒸发（evaporation）2沸腾（boiling）工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程31（2）分类过冷沸腾饱和沸腾大容器沸腾(池沸腾)强制对流沸腾加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾↗二大容器饱和沸腾32qmaxqmin1曲线（1）自然对流（2）核态沸腾（3）过渡沸腾（4）膜态沸腾孤立汽泡区汽块区33孤立汽泡区Theregionofisolatedbubbles34汽块区Theregionofslugsandcolumns35过渡沸腾Transitionalboilingregime36膜态沸腾filmboiling37（1）对于热流密度可以控制的情况2工程指导临界热流密度(CriticalHeatFlux)qmax及相对应的过热度t具有重要的意义（2）对于壁温可以控制的情况38三汽泡动力学简介1液体必须过热潜热汽泡的产生、成长、脱离过程汽泡动力学表面张力＝汽泡内外压力差浮升力＝重力392汽化核心加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心这些地方的过热度要保证而且R应小于汽化核心中残留汽泡的半径403汽泡的脱离直径和频率（1）表面张力越大，越不容易脱离（2）浮升力越大，越容易脱离414沸腾传热的数学模型目前传热学研究的热点之一！AggressiveCreativeSelf-motivated42四管内沸腾简介43§6-5沸腾换热计算式沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍然适用，即影响因素太多！44一大容器饱和核态沸腾

壁面过热度和汽化核心数计算公式分歧较大目前存在两种计算式1米海耶夫公式－水45St=f(Re,Pr)t＝tw－ts定性温度为tsr—汽化潜热Cpl—饱和液体的比定压热容g—重力加速度l—饱和液体的动力粘度Cwl—取决于加热表面－液体组合情况的经验常数(表6)q—沸腾传热的热流密度s—经验指数水s=1,否则s=1.72Rohsenow公式－适用性广46上式可以改写为：可见，，因此，尽管有时上述计算公式得到的q与实验值的偏差高达100％，但已知q计算t时，则可以将偏差缩小到33％。47Mr－液体的分子量C－常数pr－液体压力与该流体饱和压力之比Rp－加热表面粗糙度m3制冷介质饱和核态沸腾的Cooper公式48三大容器膜态沸腾的关联式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：不要求！49四说明1研究最不彻底！2实验结果与关联式之间偏差很大！3研究热点！50§6-6影响沸腾换热的因素最复杂影响因素最多关联式之间、实验结果与关联式之间重点：沸腾换热的强化只针对大容器沸腾换热51一不凝结气体与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某种程度的强化液体平均温度小于饱和温度ts

时发生的沸腾现象二过冷度在核态沸腾的起始阶段，自然对流占主导地位52图中介质为一个大气压下的水三液位高度液位低于一定高度时，表面传热系数会明显地随液位的降低而升高；液位高于此高度时时，沸腾换热表面传热系数与液位高度无关。临界液位53随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件下的传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就现有的成果表明：四重力加速度从0