第七章凝结与沸腾换热精要.ppt

c. 气泡的最小半径 从而说明壁面（加热面）是产生气泡的场所，但加热表面的任何地点并不都具有产生气泡的条件，哪些地点容易形成气化核心呢？研究表明，凹缝、裂穴处最可能成为气化核心。 壁面的凹穴、裂缝最可能成为汽化核心（a） 加热面积大，从Δt而大；（b） 侧壁起着一种依托作用（需要一定的功克服表面张力）；（c） 残留气体。 第五节 沸腾换热计算式 沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍然适用，即 但对于沸腾换热的h却又许多不同的计算公式 影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而汽化核心数受表面材料、表面状况、压力等因素的支配，所以沸腾换热的情况液比较复杂，导致了个计算公式分歧较大。目前存在两种计算是： 1 大容器饱和核态沸腾 （ 1 ）针对一种液体的计算公式； （ 2 ）广泛适用于各种液体的计算式； （1）适用于水的米海耶夫计算式 在 105 ~ 4?106压力下大容器饱和沸腾计算式： 按 ? （2 ）适用于各种液体的计算式: 既然沸腾换热也属于对流换热，那么，st = f ( Re, Pr )也应该适用。罗森诺正是在这种思路下，通过大量实验得出了如下实验关联式： 上式可以改写为： 对于制冷介质而言，以下的库珀（Cooper）公式目前得到广泛的应用： 2 大容器沸腾的临界热流密度 对于大容器沸腾的临界热流密度的计算，推荐采用如下半经验公式： 3 大容器膜态沸腾的关联式 （1）横管的膜态沸腾 式中，除了r 和 ?l 的值由饱和温度 ts 决定外，其余物性均以平均温度 tm ＝( tw＋ts ) / 2 为定性温度，特征长度为管子外径d, 如果加热表面为球面，则上式中的系数0.62改为0.67 （2）考虑热辐射作用 由于膜态换热时，壁面温度一般较高，因此，有必要考虑热辐射换热的影响，它的影响有两部分，一是直接增加了换热量，另一个是增大了汽膜厚度，从而减少了换热量。因此，必须综合考虑热辐射效应。 勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算： 其中： §6-6 影响沸腾换热的因素 沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素也最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响因素也只针对大容器沸腾换热。 与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某种程度的强化 1 不凝结气体对膜状凝结换热的影响 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热时， ，因此，过冷会强化换热。 当传热表面上的液位足够高时，沸腾换热表面传热系数与液位高度无关。但当液位降低到一定值时，表面传热系数会明显地随液位的降低而升高(临界液位)。 3 液位高度 2 过冷度 随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件下的传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就现有的成果表明： 4 重力加速度 从0.1 ~ 100?9.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热规律没有影响，但对自然对流换热有影响，由于 因此，g ? ? Nu ? ? 换热加强。 沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，换热就会得到强化。近几十年来的强化沸腾换热的研究主要是增加表面凹坑。目前有两种常用的手段： 用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与 化学手段在换热表面上形成多孔结构。 机械加工方法。 5 沸腾表面的结构 小结 1. 了解珠状和膜状凝结的物理过程，能计算竖壁（竖管）、水平单管层流膜状凝结的传热系数； 2. 掌握不凝结气体蒸汽流速对膜状凝结传热的影响； 3. 了解大容器沸腾曲线上各状态间的区别，了解气泡存在的条件； 4. 了解凝结传热和强化传热的强化措施。 流体有相变时的对流传热 凝结 沸腾 外部 内部 竖壁上凝结（竖管） 水平管外 水平管束 大容器内沸腾 管内流动 思考题 3. 紊流膜状凝结换热 除层流层外以导热为主，层流层以外以湍流为主，从而有： 实验证明： ????（ 1 ）膜层雷诺数 Re=1600 时，液膜由层流转变为紊流 ； ????（ 2 ）横管均在层流范围内，因为管径较小。 特征 :对于紊流液膜，热量的传递：（ 1 ）靠近壁面极薄的层流底层依靠导热方式传递热量；（ 2 ）层流底层以外的紊流层以紊流传递的热量为主。因此，紊流液膜换热远大于层流液膜换热。 第三节 影响膜状凝结因素的讨论 1. 不凝结气体 由于漏气或蒸气不纯，在冷凝器中或多或少含有一定量的不凝结气体。在蒸气中含有少量气体，会使换热系数显著下降。如水蒸气中含1％的空气，使换热系数降低60％。