传热学第八章相变换热

传热学第八章相变换热1第1页，共18页，2023年，2月20日，星期日换热形式：单相相变交换热量：（显热mct）（潜热m）相对单位质量热容量：1~100介质流量m相对表面传热系数：1~10

A1、相变换热与非相变换热的对比：2、凝结换热现象蒸汽液体——凝结蒸汽

壁面上凝结——凝结换热2第2页，共18页，2023年，2月20日，星期日膜状凝结——凝结液在壁面上铺展成膜。珠状凝结——凝结液在壁面上凝聚成液珠。h珠>>h膜(表面改性)

条件：内聚力<附着力，润湿表面。条件：内聚力>附着力，不润湿表面。实验测量：1个大气压下，水蒸气凝结，表面传热系数珠状凝结：4104~105；膜状凝结：6103~104

W/(m2K)3第3页，共18页，2023年，2月20日，星期日纯净蒸汽层流液膜；常物性；蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力；液膜的惯性可以忽略；汽液界面上无温差；膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移只有导热而无对流作用；液膜的过冷度可以忽略；相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计；液膜表面平整无波动。

3、膜状凝结分析解及实验关联式（1）努塞尔特假设：4第4页，共18页，2023年，2月20日，星期日（2）简化微分方程：动量方程(重力与粘性力平衡)能量方程(只有导热)边界条件：y=0时，u=0，t=tw

y=

时，

5第5页，共18页，2023年，2月20日，星期日（求解过程可参见教材P304~306）主要计算结果：即：局部表面传热系数：液膜厚度计算式：6第6页，共18页，2023年，2月20日，星期日竖壁层流分析解（膜层Re<1600）水平圆管的层流膜状凝结分析解：（3）分析解：对比分析可见，当l/d=50时，横管的平均表面传热系数是竖管的两倍。(横管强化传热)7第7页，共18页，2023年，2月20日，星期日球表面的层流膜状凝结分析解：定性温度：膜层平均温度8第8页，共18页，2023年，2月20日，星期日紊流实验关联式：定性温度、特性尺度及各准则数定义参见教材P308（4）实验关联式：层流水平管实验解与分析解同。层流竖壁实验关联式由于表面波动使换热增强，将分析解系数变为0.9431.2=1.13即可。膜层雷诺数及其临界值9第9页，共18页，2023年，2月20日，星期日来源：蒸汽带入；蒸汽分解；负压条件下系统漏入； 系统生成（液体与金属相容性）。危害：含气体1％h60％原因：蒸汽与液膜间的热阻措施：断绝来源；系统中安装抽气器、空气分离器等。4、影响膜状凝结的因素流向与液膜流动方向相同拉薄液膜h蒸汽流速、流向不凝气体——在壁温下不能凝结的气体10第10页，共18页，2023年，2月20日，星期日过热蒸汽 饱和干蒸汽 饱和液体过热蒸汽（表面传热系数下降，教材叙述不可取）（冷却）非相变

（冷凝）相变

液膜过冷度及温度分布的非线性蒸汽液膜热侧液膜冷侧壁面

凝结 导热 对流

由于冷却过程表面传热系数远低于冷凝过程，所以过热蒸汽将使换热器的换热能力大大下降，因此热用户应将过热蒸汽饱和化。例如某纺织厂溴化锂制冷机组的过热蒸汽进行饱和化处理后，机组制冷能力提高了20%。

由于液膜的过冷，使得放热量增加了液膜所释放的显热。

管子排数 （飞溅作用使得多层h>单层h）对于管内冷凝，蒸汽流速和凝液堆积影响换热效果。凝结表面的几何形状（减薄液膜、及时排除凝结液）11第11页，共18页，2023年，2月20日，星期日沸腾：液体表面和内部同时发生气化的现象。（开水不响）沸腾换热：温度高于沸点的壁面与液体之间的换热过程。5、沸腾换热现象大容器饱和沸腾曲线

液体饱和，壁面温度高于饱和温度。液体具有自由表面随着壁面过热度的增加，依次发生核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾。图中核态沸腾和过渡沸腾交界处的热流密度峰值叫做临界热流密度，亦称烧毁点。一般通过控制热流密度或控制壁面过热度避免越过该点，以达到设备的安全经济运行。12第12页，共18页，2023年，2月20日，星期日两滴完全相同的水珠分别落在120摄氏度和400摄氏度的铁板上，哪一滴先汽化掉？

答：落在120度的水珠先汽化。因为水珠在120度铁板的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在400度铁板的沸腾属于膜态沸腾，换热较弱。13第13页，共18页，2023年，2月20日，星期日汽化核心的分析（汽泡的生成条件）气泡内外压差=表面张力随着壁温的升高，壁面过热度加大，汽化核心的半径愈来愈小。14第14页，共18页，2023年，2月20日，星期日管内沸腾——两相流15第15页，共18页，2023年，2月20日，星期日6、沸腾换热计算式1.大容器饱和液体核态沸腾（参见教材P320~322）2.大容器饱和沸腾的临界热通量（参见教材P322~323）3.大容器饱和液体膜态沸腾（参见教材P323）16第16页，共18页，2023年，2月20日，星期日7、影响沸腾换热的因素不凝结气体（强化沸腾）过冷度（沸腾初期，流体的主要部分低于饱和温度，强化了自然对流，换热有所增强）液位高度（低于临界液位时，表面传热系数明显升高）重力加速度（对核态沸腾无影响，但对自然对流影响较大）沸腾表面的结构（加工汽化核心）17第