机械化机 沸腾换热与相变文献综述.doc

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1、文献综述科目：两相流体力学题目：沸腾换热班级：化机（研）12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和关知识和其分类;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、化工和制冷等工业屮被广泛采用，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FI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沸腾换热的定义为液体与高于其饱和温度的壁面接触时

2、，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。当加热壁面温度仏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。汽泡在成长大过程屮吸收大量汽化潜热，汽泡的脱离和上升动乂产生剧烈扰动，所以沸腾换热比单相流体的对流换热强烈得多。沸腾有多种形式。如果液体的主体温度低于饱和温度，汽泡在固体壁而上生成、长大，脱离壁面后乂会在液体屮凝结消失，这样的沸腾称为过冷沸腾；若液体的主体温度达到或超过饱和温度，汽泡脱离

3、壁面后会在液体屮继续长大，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Z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，壁而的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心。图2气泡的成长过稈（2）气泡存在的条件气泡半径R必须满足下列条件（克拉贝龙方程）才能存在:R»心n=_2忆5（几-J其屮：o■-

4、-表面张力r汽化潜热A一一蒸气密度tw壁面温度ts对应压力下的饱和温度可见，随过热度tw~ts增加，尺血减少，于是在同一加热面丄尺＞心in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[i]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，其屮只是一小部分的分子所具有的能量高于平均能量很多。由于液体屮密度的波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：2刃皿Pl(T-Ts)hfgPl~Pg对于活化分子团:r_2"^Pl16兀*"(T-Ts)h^pL-p

5、G3kTx(nkTluJ)（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：厂一STsPvpL16心/(&)'(T-Ts)hfgpL-pG3kTx(nkTIvJ)对固体表面：/（〃）=丄（2+3cos0-cos，F）对球面凸面或空穴：(1一COSQ)「(2+C0SQ)-(l-COS0)~(2+COS0)(1一cosa)cos0+(1-cos0)]图3平面、球面、锥形空穴气核对圆锥形空穴，Kottowski-ii］得出：/•（0）=乂2_3丽（0_0）+诃（0_0）］（5）气液界面平衡条件（武蒸汽温度与液体温度相等，并且均匀，即：Tg

6、=Tl；化学势相等，即：&="/•；压强关系：pG-pL=—9其屮，Pg、门为界面两侧的蒸汽和液体的压力,rb为表面张力，广为界面半径。大&角图4在加热面上的空穴上气泡的形成（6）大容器沸腾一一饱和沸腾曲线把一个加热器浸没在饱和水屮，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q与过热度^=tw-ts的关系曲线，这就是饱和水大空间沸腾曲线，如图所示。2100lOOQ2000246102086411q>3gxho图5人容器饱和沸腾Illi线沸腾曲线可以分为四个主要的区域：a.自然对流:半沸腾温差比较小吋（一般<5°C）,加热面上只有少

7、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。C>自救对流图6.自然对流b.核态沸腾如果沸腾温差继续增加，加热面丄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。这吋的液体已达到饱和，并具有一定的过热度，因此汽泡在穿过液体吋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q随&迅速增加，直至出现峰值％w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

8、决定作用。核态沸腾的温差小（5°C