东南大学传热学课件第六章第三节.pptVIP

管子排数的影响 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。 对于沿液流动方向由 n 排横管组成的管束的换热，理论上只要将相应公式中的特征长度 d 换成 nd 即可。 实际上，这是过分保守的估计，因为上排凝结液并不是平静地落在下排管子上，而在落下时会产生飞溅以致对液膜产生冲击和扰动。飞溅和扰动的程度取决于管束的几何布置、流体的物性等，情况比较复杂。设计时最好参考适合设计条件的实验资料。 管内凝结的影响 在不少工业冷凝器中，蒸汽在差压作用下流经管子内部，同时产生凝结，此时换热的情形与蒸汽流速有很大的关系。 以水平管中的凝结为例，当蒸汽流速低时，凝结液主要集聚在管子的底部，蒸汽则位于管子上半部，其界面形状如图所示。 如果蒸汽流速比较高，则形成所谓的环状流，凝结液较均匀地展布于管子四周，而中心则为蒸汽核。随着流动的进行，液膜厚度不断增厚以致凝结完时占据了整个截面。 管内凝结换热的计算式比较复杂，在此不作介绍。 (a)表示蒸汽流动速度较低时，管内凝结换热时液膜的分布情况； (b)表示蒸汽流动速度较高时，液膜在管内的分布情况。 凝结表面的几何尺寸影响 凝结表面的几何尺寸形状等不同，凝结液在壁面形成的液膜形状不同，从而换热也就不同； 下面是几种不同的凝结表面 第六章 凝结与沸腾换热 凝结与沸腾换热 蒸汽遇冷凝结、液体受热沸腾也属于对流换热的范围。不过，与前面讨论的单项流体的对流换热相比，它们有一个新的特点，即他们都是伴随有相变的对流换热。凝结与沸腾换热广泛应用于各种冷凝器和蒸发器中，如电站汽轮机装置中的冷凝器、锅炉炉膛中的水冷壁，冰箱与空调器制冷剂的冷却器与蒸发器，化工装置中的再沸器等都是实例。本章先讨论凝结换热、然后再讨论沸腾换热。最近20年中，在凝结与沸腾换热的强化表面的研究方面取得了长足的进步，本章对此也将作些介绍。 第一节 凝结换热 定义：当蒸汽与低于其压力所对应的饱和温度的壁面接触时，蒸汽会在壁面上产生凝结，这时蒸汽与壁面之间的换热称为凝结换热。 分类：根据蒸汽在壁面上形成的情形，凝结换热可分为 膜状凝结和珠状凝结 膜状凝结：当凝结液体能很好地润湿壁面时，它就会在壁面上铺展成膜。这种凝结成为膜状凝结。 珠状凝结：当液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上会形成一个个小液珠，这时的凝结称为珠状凝结。 实验查明，几乎所有的常用蒸汽，包括水蒸气在内，在纯净的条件下均能在常用工程材料的洁净表面上得到膜状凝结。 膜状凝结与珠状凝结的换热特点 膜状凝结时，蒸汽与壁面之间的传热，要经过凝结液膜层，相当于有一附加热阻，因此，蒸汽与壁面不能直接接触，所以，换热情况较差； 珠状凝结时，蒸汽能与壁面较好接触，换热情况较好； 珠状凝结换热情况较膜状凝结要好。 第二节膜状凝结分析及相关实验关联式 物理模型 数学模型 数学求解 解的分析 物理模型 一个竖壁其温度低于蒸汽压力所对应的饱和温度，所以当蒸汽与该壁面接触时，便发生凝结换热，并在该壁面上形成如图所示的边界层。从边界层内取微元体，可建立其能量方程、动量方程和换热方程，并可写出其定解条件。 数学模型 微分方程组 边界条件 分析求解 1916年，努塞尔首先提出了纯净蒸汽层流膜状凝结的分析解。他抓住了液体膜层的导热热阻是凝结过程主要热阻这一特点，忽略次要因素，从理论上揭示了有关物理参数对凝结换热的影响，长期以来被公认为是运用理论分析求解换热问题的一个典范。 在分析中，努塞尔作了若干个合理的假设，以简化实际问题的复杂性。这些基本假设有 努塞尔的基本假设 常物性； 蒸汽是静止的，汽液界面上没有对液膜的粘滞应力； 液膜的惯性力可以忽略； 汽液界面上无温差，界面上液膜温度等于饱和温度， ； 液膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移只有导热，而无对流作用； 液膜的过冷度可以忽略； ，即 相对于 可以忽略不计； 液膜表面平整无波动。 微分方程组简化过程 根据假设（3）液膜的惯性力可以忽略，所以动量方程中的惯性力可以忽略，即 由于液膜很薄，所以液膜内x方向的压力梯度可取液膜边界上，即 处液膜表面的压力梯度。 根据假设（2）蒸汽是静止的，汽液界面上没有对液膜的粘滞力。所以液膜表面上的流体可视为理想流体，遵从理想流体的伯努力方程，所以有 微分方程组简化过程 此时动量方程可简化为 根据假设（7）， ，所以 所以动量方程可简化为 根据假设（5），液膜内的温度分布是线性的，即认为液膜内的热量传递只有导热，而没有对流，所以能量方程可简化为 简化后的换热方程组 由于只有两个未知数，因此只需要两个方程即可求解，所以简化后的方程组为 相应的边界条件为 方程组的求解 求解的思路是：先从简化的方程组获