第7章 相变对流传热ppt课件.ppt

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1、第7章相变对流传热凝结传热的模式膜状凝结分析解及计算关联式膜状凝结的影响因素及其传热强化沸腾传热的模式大容器沸腾传热的实验关联式沸腾传热的影响因素及其强化热管简介有相变的对流换热，也称之为相变换热，目前涉及的是凝结换热和沸腾换热两种。相变换热的特点：流体温度基本保持不变，在相对较小温差下达到较高放热和吸热目的换热量主要是潜热r。r比较大，故h大。影响相变换热的物性除了单相流体的影响因素外，还有潜热、表面张力和浮升力。因此，目前，工程上也只能借助于经验公式和实验关联式。凝结换热与沸腾换热的换热量仍按牛顿冷却公式计算:§7-1凝结传热的模式凝结换热的关键点凝结可能以不同的形式发生，

2、膜状凝结和珠状凝结冷凝物相当于增加了热量进一步传递的热阻层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式影响膜状凝结换热的因素会分析竖壁和横管的换热过程，及Nusselt膜状凝结理论凝结换热实例汽轮机中的凝汽器寒冷冬天窗户上的冰花许多其他的工业应用过程凝结换热中的重要参数蒸汽的饱和温度与壁面温度之差（ts-tw）汽化潜热r特征尺度其他标准的热物理性质，如动力粘度、导热系数、比热容等凝结过程膜状凝结沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。珠状凝结当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面

3、与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结（可能大几倍，甚至一个数量级）gg虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结，教材中只简单介绍了膜状凝结1916年，Nusselt提出的简单膜状凝结换热分析是近代膜状凝结理论和传热分析的基础。自1916年以来，各种修正或发展都是针对Nusselt分析的限制性假设而进行了，并形成了各种实用的计算方法。所以，我们首先得了解Nusselt对纯净饱和蒸汽膜状凝结换热的分析。假定：1）常物性；2）蒸气静止；3）液膜的惯性力忽略；4）气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度；5）

4、膜内温度线性分布，即热量转移只有导热；6）液膜的过冷度忽略；7）忽略蒸汽密度；8）液膜表面平整无波动§7-2膜状凝结分析解及计算关联式gt(y)u(y)ThermalboundarylayersVelocityboundarylayers微元控制体边界层微分方程组：下脚标l表示液相x考虑（3）液膜的惯性力忽略考虑（5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热考虑（7）忽略蒸汽密度只有u和t两个未知量，于是，上面得方程组化简为：边界条件：求解上面方程可得：(1)液膜厚度定性温度：注意：r按ts确定(2)局部对流换热系数整个竖壁的平均表面传热系数定性温度：注意：r按ts确定(3)

5、修正：实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到强化，因此，实验值比上述得理论值高20％左右修正后：对于倾斜壁，则用gsin代替以上各式中的g即可另外，除了对波动的修正外，其他假设也有人做了相关的研究，如当并且，时，惯性力项和液膜过冷度的影响均可忽略。(4)水平圆管努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结式中：下标“H”表示水平管，“S”表示球;d为水平管或球的直径。定性温度与前面的公式相同横管与竖管的对流换热系数之比：边界层内的流态无波动层流有波动层流湍流凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据仍然时Re，式中：ul为x=l处液膜层的平均流速；de为该截面处

6、液膜层的当量直径。如图由热平衡所以对水平管，用代替上式中的即可。并且横管一般都处于层流状态湍流膜状凝结换热液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为1600。横管因直径较小，实践上均在层流范围。对湍流液膜，除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递热量外，层流底层之外以湍流传递为主，换热大为增强对竖壁的湍流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数计算式为：式中：hl为层流段的传热系数；ht为湍流段的传热系数；xc为层流转变为湍流时转折点的高度l为竖壁的总高度利用上面思想，整理的实验关联式：式中：。除用壁温计算外，其余物理量的定性温度均为§7-3影响膜状凝结的因素工程实际中所发生的膜状凝

7、结过程往往比较复杂，受各种因素的影响。1.不凝结气体不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱和温度下降，减小了凝结的驱动力2.蒸气流速流速较高时，蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，增大；反之使减小。4.液膜过冷度及温度分布的非线性如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，要用下式代替计算公式中的，5.管子排数管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。3.过热蒸气要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。6.管内冷凝