机械化机 沸腾换热与相变文献综述

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1、沸腾换热文献综述科目：两相流体力学题目：沸腾换热班级：化机（研）12姓名：严沁萍第13页共13页沸腾换热摘要简要评述了沸腾换热的研究进展;详细论述了沸腾换热的相关知识和其分类;指出了能解决其它尚末解决的有关沸腾换热的若干课题和方向.关键词沸腾换热，气泡，临界热流密度，核态沸腾，过渡沸腾，临界点沸腾，稳定膜态沸腾1引言沸腾换热以其低温差和高热流密度的特性在动力(如核动力工程)、冶金、化工和制冷等工业中被广泛采用，有必要加深对沸腾换热的认识，以更好地了解其机理，达到安全、高效地利用能源的目的.研究沸腾换热过程是安全、高效地利用能源的基础.2沸腾换热2.1沸腾换热的定义

2、当液体与高于其饱和温度的壁面接触时，液体被加热汽化而产生大量汽泡的现象称为沸腾。液体在加热面上沸腾时的换热过程，是具有相变点的两相流换热。当加热壁面温度TW超过液体的饱和温度TS并达到一定数值时，液体即在加热面的某些点上形成汽泡。这些点称为汽化核心，通常出现在加热表面的凹坑上。汽泡形成后不断长大、脱离、上浮。汽泡在成长大过程中吸收大量汽化潜热，汽泡的脱离和上升动又产生剧烈扰动，所以沸腾换热比单相流体的对流换热强烈得多。2.2沸腾换热的分类沸腾有多种形式。如果液体的主体温度低于饱和温度，汽泡在固体壁面上生成、长大，脱离壁面后又会在液体中凝结消失，这样的沸腾称为过冷沸

3、腾；若液体的主体温度达到或超过饱和温度，汽泡脱离壁面后会在液体中继续长大，直至冲出液体表面，这样的沸腾称为饱和沸腾。如果液体具有自由表面，不存在外力作用下的整体运动，这样的沸腾又称为大容器沸腾（或池沸腾）；如果液体沸腾时处于强迫对流运动状态，则称之为强迫对流沸腾，如大型锅炉和制冷机蒸发器的管内沸腾。2.3沸腾换热机理（1）气泡的成长过程实验表明，沸腾只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面，这些产生气泡的点称为汽化核心，一般认为，壁面的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心。第13页共13页沸腾换热图2气泡的成长过程（2）气泡存在的条件气泡半径R必须满足下列条件(

4、克拉贝龙方程)才能存在：其中：可见，随过热度增加，减少，于是在同一加热面上的凹坑数将增多，即汽化核心数增加，产生气泡的密度增加。换热得到增强。（3）均相泡核的形成Cole[[]Collier，J.G.1962.ForcedTransferandFluidDynamicResearchasAppliedtoFogCooledPowerReactors,Rept.AECL-1631,AtomicEnergyofCanadaLtd.]提出了均相泡核形成的运动学的看法。液体分子的能量是以一定方式分布的，其中只是一小部分的分子所具有的能量高于平均能量很多。由于液体中密度的波

5、动有可能使足够数量的具有高于平均能量的分子聚合到一起，形成一个分子团，其平衡式为：对于活化分子团：（4）异相泡核的形成Cole提出在均相气核的形成式子上作如下修正：对固体表面：对球面凸面或空穴：第13页共13页沸腾换热平面球面锥形空穴图3平面、球面、锥形空穴气核对圆锥形空穴，Kottowski[[]Kottowki,H.W.1973.ActivationEnergyofNucleation,Frog.HeatMassTransfer7:299-324.]得出：（5）气液界面平衡条件[[]鲁种琪等译.多相流动与传热手册.1993.]蒸汽温度与液体温度相等，并且均匀，

6、即：；化学势相等，即：；压强关系：，其中，、为界面两侧的蒸汽和液体的压力，为表面张力，为界面半径。图4在加热面上的空穴上气泡的形成（6）大容器沸腾－－饱和沸腾曲线把一个加热器浸没在饱和水中，使之温度逐步增加，并观察加热器表面上的沸腾过程，并得出加热热流密度与过热度的关系曲线，这就是饱和水大空间沸腾曲线，如图所示。第13页共13页沸腾换热图5大容器饱和沸腾曲线沸腾曲线可以分为四个主要的区域：a.自然对流:当沸腾温差比较小时（一般<5℃），加热面上只有少量汽泡产生，并且不脱离壁面，看不到明显的沸腾现象，热量传递主要靠液体的自然对流传递，因此可近似地按自然对流换热计算。

7、图6.自然对流b.核态沸腾如果沸腾温差继续增加，加热面上产生的汽泡将迅速增多，并逐渐长大，直到在浮升力的作用下脱离加热面，进入液体。这时的液体已达到饱和，并具有一定的过热度，因此汽泡在穿过液体时会继续被加热并长大，直至冲出液体表面而进入气相空间。由于加热面处液体的大量汽化以及液体被汽泡剧烈地扰动，换热非常强烈，热流密度随迅速增加，直至出现峰值,这一阶段的沸腾状态被称为核态沸腾（或泡态沸腾）。其汽泡的生成、长大及运动对换热起决定作用。核态沸腾的温差小（5℃

8、到某一程度