传热学-第七章选编.ppt

第五、六章我们分析了无相变的对流换热，包括强制对流换热和自然对流换热 本章我们将学习有相变的对流换热，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：换热过程中有潜热释放;凝结换热应掌握的关键点 ★凝结可能以不同的形式发生，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;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。;1. 蒸汽层流膜状凝结分析解;边界层微分方程组：;根据假设(3)，忽略液膜惯性力 ? ;边界条件：;(2) 局部对流换热系数;时，惯性力项和液膜过冷度的影响均可忽略。;横管与竖管的对流换热系数之比：;如图 由热平衡 所以 对水平管，用?d代替上式中的l 即可。;3. 湍流膜状凝结换热;利用上面思想，整理的实验关联式：;例1：饱和水蒸汽在高度L=1.5m的竖管外表面上做层流膜状凝结。水蒸汽压力为p=2.5×105Pa，管子表面温度为123℃。试计算离开管顶为0.1m、0.2m、0.4m、0.6m及1.0m处液膜厚度和局部表面传热系数。;查书P563，p1=1.9848×105Pa时，ts1=120℃； p2=2.7002×105Pa时，ts2=130℃;距离;例2：压力为1.013×105Pa的水蒸汽在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm×30cm，壁温保持98℃。试计算每小时的换热量及凝结的蒸汽量。;核算Re数;换热量为;例3：一竖管，管长为直径的64倍。为使管子竖放与水平放置时的凝结表面传热系数相等，必须在竖管上安装多少个泻液盘？设泻液盘之间的距离相等。;要使hH=hV，则有; (1)在靠近液膜表面的蒸汽侧，随着蒸汽的凝结，蒸汽分压下降，不凝结气体的分压上升，液体在抵达液膜表面凝结前，必须以扩散方式穿过积聚在界面附近的不凝结气体层。因此，它的存在增加了传递过程(凝结)的阻力。 (2)蒸汽分压力的下降，使相应的饱和温度下降，则减小了凝结的驱动力，也使凝结过程削弱。; 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r; 此时换热与蒸气的流速关系很大。 蒸气流速较低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于管子上半部。 蒸汽流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子四周，中心为蒸气核。随着流动的进行，液膜厚度不断增厚以致凝结完时占据整个截面，h急剧下降。 ;7. 凝结表面的几何形状;★蒸汽锅炉 ★做饭 ★许多其它的工业过程;(1)大容器沸腾(池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面的 液体中所发生的沸腾； (2)强制对流沸腾：强制对流＋沸腾;4. 汽泡动力学简介 (1) 汽泡的成长过程 实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为汽化核心，较普遍的看法认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心，如图所示。;(2) 汽泡的存在条件 汽泡半径R必须满足下列条件才能存活(克拉贝龙方程);5. 大容器饱和沸腾曲线：表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个换热规律不同的阶段：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾，如图所示：;说明： (1)上述热流密度的峰值qmax 有重大意义，称为临界热流密度，亦称烧毁点。一般用核态沸腾转折点DNB作为监视接近qmax的警戒。这一点对热流密度可控和温度可控的两种情况都非常重要。 (2)对稳定膜态沸腾，因为热量必须穿过的是热阻较大的汽膜，所以换热系数比凝结小得多。; 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;(1) 对于水，推荐采用米海耶夫公式 压力范围：105～4?106 Pa;(2)罗森诺公式——广泛适用的强制对流换热公式;看公式右侧， 相当于单位面积蒸汽的质量流速，若以;式(7-17)可以改写为：;2. 大容器沸腾的临界热流密度;3. 大容器饱和液体膜态沸腾传热计算式;勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：;例4：两滴完全相同的水滴在大气压下分别滴在表面温度为120℃和400℃的铁板上，试问滴在哪块板上的水滴先被烧干，为什么？ 答：滴在1