Microsoft PowerPoint - 6 相变对流传热

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1、第六章相变对流传热666.1.1凝结传热的模式.1凝结传热的模式；6.26.2膜状凝结分析解及计算关联式6.2膜状凝结分析解及计算关联式；6.36.3膜状凝结的影响因素及其传热强化6.3膜状凝结的影响因素及其传热强化；6.46.4沸腾传热的模式6.4沸腾传热的模式；6.56.5大容器沸腾传热的实验关联式6.5大容器沸腾传热的实验关联式；6.66.6沸腾传热的影响因素及其强化6.6沸腾传热的影响因素及其强化；6.76.7热管简介6.7热管简介；1主要内容：（（1（111）））相变）相变（（沸腾与凝结（沸腾与凝结））换热的特点及影响因素）换热的特点及影响因素；（（2（222））

2、）相变换热的研究与计算方法）相变换热的研究与计算方法；（（3（333）））相变换热的强化技术）相变换热的强化技术。相变换热属于对流换热，，基本计算公式仍为牛顿冷，基本计算公式仍为牛顿冷却公式：ΦΦ=Φ===AAAA⋅⋅⋅hhh⋅⋅⋅ΔΔtΔttt凝结换热：Δt=ts-tw沸腾换热：Δt=tw-ts26.16.1凝结传热的模式6.1凝结传热的模式1.1.珠状凝结与膜状凝结1.珠状凝结与膜状凝结膜状凝结：：凝结液体能：凝结液体能很好地润湿壁面，，就会，就会在壁面上铺展成膜。珠状凝结：：凝结液体不：凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠。3膜状凝结的热阻

3、比珠状凝结大一个数量级以上。46.26.2膜状凝结分析解及计算关联式6.2膜状凝结分析解及计算关联式1.1.层流膜状凝结分析解1.层流膜状凝结分析解努塞尔（（1916（19161916）1916））首先建立了层流膜状凝结换热的简化热物）首先建立了层流膜状凝结换热的简化热物理模型和数学模型，，他作了以下几点假设，他作了以下几点假设：（（1（111）））蒸气为纯饱和蒸气）蒸气为纯饱和蒸气，，不含杂质或不可凝气体，不含杂质或不可凝气体；（（2（222）））汽）汽汽、汽、、液物性均为常数、液物性均为常数；（（3（333）））蒸气静止）蒸气静止，，对液膜表面无粘性力作用，对液膜表面无

4、粘性力作用；（（4（444）））液膜极薄）液膜极薄，，流速很低，流速很低，，忽略其惯性力，忽略其惯性力；（（5（555）））相变发生在汽）相变发生在汽---液界面上-液界面上，，界面处于饱和温度，界面处于饱和温度；（（6（666）））液膜内仅有导热作用）液膜内仅有导热作用，，忽略对流传热方式，忽略对流传热方式；（（7（777）））液膜的过冷度可以忽略不计）液膜的过冷度可以忽略不计；（（8（888）））膜表面没有波动）膜表面没有波动。根据上述假设，，可使竖直平壁表面稳态层流膜状凝结换热问，可使竖直平壁表面稳态层流膜状凝结换热问5题的数学模型大为简化。类似于外掠平板强迫对流层流

5、换热，，对于竖直平壁表面稳态，对于竖直平壁表面稳态层流膜状凝结换热，，选取坐标系如图，选取坐标系如图。微分方程组：6dp液膜在xxx方向的压力梯度x方向的压力梯度：=ρvgdx微分方程组可简化为：边界条件：7将动量方程与能量方程做两次积分：下一步的关键需要求解液膜厚度随xxx的变化规律x的变化规律8对对dx对dxdxdx的微元段做质量平衡的微元段做质量平衡，，通过，通过lll截面处宽为l截面处宽为1m1m1m的壁面凝结液体的质1m的壁面凝结液体的质量流量为:::在在dx在dxdxdx微元段上质量流量的增量为微元段上质量流量的增量为：9从通过厚为δδ的液膜的δ的液膜的导热与与

6、dq与dqdqdq的凝结液体释放出来的潜热相等。mmm凝结液体释放的通过液膜的汽化潜热导热10积分局部表面传热系数：液膜层流时竖常数壁膜状凝结的整个竖壁的平均表面传热系数努塞尔理论解112.2.竖直管与水平管的比较及实验验证2.竖直管与水平管的比较及实验验证（（1（111）））水平圆管及球表面的凝结传热表面传热系数）水平圆管及球表面的凝结传热表面传热系数水平管球ddd-d---水平管或者球的直径水平管或者球的直径。定性温度：：除汽化潜热：除汽化潜热rrr按饱和温度ttt取值以外，，其它参数都，其它参数都sss按液膜的算术平均温度tm=(ts+tw)/2取值。12（（2（22

7、2）））水平管外凝结与竖直管外凝结的比较）水平管外凝结与竖直管外凝结的比较横管竖管横管和竖管的平均表面传热系数计算式区别：aaa横管特征长度为ddd，d，，竖管特，竖管特征长度为lll；l；；系数不；系数不同。当当l/d当l/dl/d=50l/d=50=50，=50，横管的平均表面传热系数是竖管的222倍，故冷凝器通常都采用横管的布置方案。13（（3（333）））分析解的实验验）分析解的实验验证和假设条件的影响因素：液膜波动143.3.湍流膜状凝结3.湍流膜状凝结为判断凝结液膜的流态，引进膜层雷诺数Re。膜层雷诺数