19.有相变时对流传热系数的经验关联式

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1、有相变时对流传热系数的经验关联式重要内容复习当流体被加热时，n=0.4；流体被冷却时，n=0.3。物性参数的定性温度为流体进出口的平均温度，特性尺寸取管内径。主要内容一蒸汽冷凝传热过程1.冷凝传热过程简介－方式、分类2.纯蒸汽膜状冷凝时的对流传热系数－机理、垂直管、水平管、影响因素二沸腾传热过程1.沸腾传热过程简介2.沸腾传热机理－机理、条件、沸腾曲线、影响因素3.影响沸腾传热主要因素4.沸腾传热过程强化有相变的对流传热两种情况：蒸汽冷凝→放热液体沸腾←吸热共同特点：放出或吸收大量的潜热；温度恒定。一.蒸汽冷凝传热过程主要特点：冷凝传热过程的热阻几乎全部集中在冷凝液膜内。1

2、.冷凝传热过程简介→两者接触→蒸汽冷凝放热→壁面上凝结为液体。加热介质——饱和蒸汽TS壁面温度——TW>α膜相差几倍到几十倍，但滴状冷凝难于持久。工业冷凝器的设计均按膜状冷凝考虑。水平圆管外膜状冷凝（2）冷凝情况的分类——纯蒸汽、混合蒸汽、含不凝气的蒸汽纯蒸汽(单一组分)冷凝：蒸汽冷凝时Tg定常，且α↑；是工业上广泛应用的一种加热方法。混合蒸汽(两种以上可凝组分)冷凝：g冷凝时Tg非定常，随组分的冷凝而变化，α<α纯蒸汽。含不凝性气

3、体的蒸汽冷凝：不凝气含量↑→冷凝冷却过程→α´<<α纯蒸汽。本节讨论——纯饱和蒸汽膜状冷凝对流传热系数的计算方法。冷凝传热热阻几乎全部集中在冷凝液膜内→△T也只在液膜内存在。2.纯蒸汽膜状冷凝时的对流传热系数（1）冷凝过程机理纯蒸汽冷凝→Tg定常，蒸汽在冷凝同时从气相主体流至壁面；汽相中无热阻(汽相主体与壁面间压差极小)→汽相△T=0。膜状冷凝（2）垂直壁面(竖板或竖管)上的冷凝壁上部→层流→α↓；壁下部→湍流→α↑。δ液膜不同→α不同→冷凝液因重力作用或新冷凝液补充沿壁向下形成液膜流；使液流量↑，液膜厚↑Q层流湍流αL(液膜流动)(给热系数)简化假设：ⅰ竖壁面TW定常.→

4、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定常.；特点：层流→热量主要以热传导方式穿过液膜。简化→解析方法→α关联式→实验修正。ⅲ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)；ⅴ蒸汽的密度远小于液体密度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。a.液膜呈层流(Re<2100)时的对流传热系数傅立叶定律：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

5、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。若为与水平面成夹角φ的斜壁：重力作用方向与液膜流动方向不同→只要将g代之以gsinφ后，代入α平均计算公式即可。蒸气在斜壁上的冷凝冷凝液膜流型的判断——Re=f(M)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/bb润湿周边：单位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：d

6、e=4S/b将α整理成Re准数的函数关系式：由纯饱和蒸汽冷凝时的传热速率，得：式中A为传热面积=bL：平板：b·L圆管：π·d0·L整理得：或写作：α*为无因次准数——称冷凝准数。注意：Re是竖管或竖壁上最低点的值。b.液膜呈湍流(R>2000)时的对流传热系数目前，还完全依靠实验测得，其关系式为：湍流时，Re↑,则α↑。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：层流时，Re↑,则α↓。（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。

7、a.单根水平管外层流膜状冷凝d0：管外径b.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。n：垂直方向的根数。水平管束的排列通常有直排和错排两种：12342123第一排管子：冷凝情况与单根水平管相同。其他各排管子：冷凝情况必受到其上排管流下冷凝液的影响，表面传热系数依次下降。水平管束的排列及其对冷凝液膜厚度的影响对纯蒸汽冷凝→热阻集中在液膜内→流体物性和δ→α冷凝