第7章凝结与沸腾换热

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1、2021/9/552-1第七章相变对流传热2021/9/552-22021/9/552-3§7-1凝结传热的模式2021/9/552-42021/9/552-5蒸汽与低于饱和温度的冷壁接触会发生凝结现象。两种凝结方式：膜状凝结膜状凝结特点：1、液体能够浸润壁面；2、壁面覆盖一层液膜，热阻主要为液膜传热热阻液体对固体的浸润性2021/9/552-6珠状凝结珠状凝结特点：1、液体不能够浸润壁面；2、凝结液体呈珠状珠状凝结过程：1、气体在壁面凝结，形成液珠2、液珠不断长大3、在非水平壁面上，液珠长大后沿壁面下

2、滚，一方面与其它液珠合并，一方面清扫沿途液珠4、壁面形成新的液珠珠状凝结较膜状凝结表面换热系数高（数倍或一个数量级），但不易长久维持。设计换热器时，考虑尽量破除液膜2021/9/552-7§7-2膜状凝结分析解及计算关联式2021/9/552-8WilhelmNusselt（1882-1957）1、努塞尔层流膜状凝结分析解Nusselt的思想：抓住主要影响因素－液膜导热热阻，忽略次要因素，从而从理论上揭示问题本质。根据连续液膜层流运动及导热机理，建立了液膜动量方程式和能量方程式，然后求解液膜内的速度场和

3、温度场，从而得出换热系数的理论解。1916年Nusselt最先导得纯净蒸汽层流膜状凝结理论解。2021/9/552-9Nusselt的假设和简化：1、蒸汽为纯净饱和蒸汽（tv＝ts）；2、凝结生成的液膜为层流；3、常物性；4、蒸气静止，忽略蒸汽对液膜的粘滞力；5、液膜速度很低，忽略其惯性力；6、液膜表面温度等于蒸汽饱和温度，（tδ＝ts）；7、液膜内只有导热，无对流，膜内温度为线性；8、液膜表面平整，无波动。2021/9/552-10以竖壁、稳态、膜状凝结为例：连续性方程：动量方程：能量方程：假设5：液

4、膜速度很低，忽略其惯性力dp/dx为液膜在x方向压力梯度，等于y＝处蒸汽侧压力梯度(dp/dx)v：假设4：蒸汽静止。2021/9/552-11假设7：液膜内只有导热，无对流未知量两个：u，t。故只需两个方程。稳态竖壁膜状凝结换热微分方程组：2021/9/552-12稳态竖壁膜状凝结换热微分方程组：边界条件：求解思路：根据微分方程及边界条件求得液膜厚度、液膜内的速度场和温度场，再根据导热方程和牛顿冷却公式得出表面换热系数的理论解。2021/9/552-13计算结果：液膜厚度：局部表面传热系数：整个竖壁

5、平均表面传热系数：r－潜热2021/9/552-14与水平轴夹角为（>0）的斜壁，将g写为gsin即可局部表面传热系数：斜壁平均表面传热系数：水平圆管平均表面传热系数：球表面平均表面传热系数：2021/9/552-15当其它条件相同时，横管与竖壁的平均表面传热系数比值为：如果l/d>50：因此冷凝器（在管外凝结）通常采用横管布置。定性温度：潜热定性温度：ts2021/9/552-16§7-3影响膜状凝结的因素及其传热强化2021/9/552-17实际中膜状凝结过程非常复杂，影响因素很多。1不凝性气

6、体例：水蒸气含1％空气可使h下降60％不凝性气体的存在使蒸汽分压力下降，由热力学可知相应的饱和温度将下降，降低了凝结温度差。2管子排数n排横列管子总的换热通常优于n组单排管换热效果原因：上排管滴落的液滴会对下排管液膜产生冲击2021/9/552-183管内冷凝蒸气液体蒸汽流速低蒸气液膜蒸汽流速高4蒸汽流速蒸汽流速将对液膜表面产生剪切力和冲击作用，从而影响液膜状态：厚度、稳定性、形状等。例如：撕破或减薄液膜可增加h2021/9/552-195蒸气过热度前面讨论忽略了蒸汽过热度。用代替r，即可应用饱和蒸汽实

7、验关联式计算过热蒸汽凝结换热。6液膜过冷及温度分布非线性前面讨论忽略了液膜过冷度及液膜中温度非线性分布。用代替r，即可应用前面结果。2021/9/552-20膜状凝结的强化原则和技术工质为制冷剂的冷凝器热阻通常在凝结一侧，应强化凝结侧的换热。一种强化：破坏或减薄液膜减薄液膜：凝结侧采用低肋或锯齿。通常液体与固体表面浸润，利用表面张力使液膜变薄及时排液：采取措施使将液膜破坏并将液体引导出去2021/9/552-21§7-4沸腾传热的模式2021/9/552-22沸腾分类：大容器沸腾（大空间沸腾、池内沸腾）

8、管内沸腾（强制对流＋沸腾）HeatedSurfaceLiquidflowBubbleflowSlugflowAnnularflowMistflow2021/9/552-23过冷沸腾:液体主体温度低于饱和温度饱和沸腾:液体主体温度达到饱和温度2021/9/552-241、大容器饱和沸腾的四个区域加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所进行的沸腾，称为大容器沸腾。壁面过热度：饱和沸腾时，壁温与饱和温度之差壁面过热度Δt对沸腾状态有很大的影响。壁面