相变对及流传热.pptVIP

第六章 凝结与沸腾换热 第7章 相变对流换热 Phase Transformation Convection Heat Transfer 7.1 凝结换热7.1.1 概述 定义 蒸气与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给固体壁面的过程。 产生条件：壁面温度tw蒸汽的饱和温度ts 分类(凝结液与壁面浸润情况) 膜状凝结(filmwise condensation): 珠状凝结(dropwise condensation) 实例 发电厂凝汽器、制冷装置中的冷凝器 深秋玻璃上的水膜 凝结换热研究关键点 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 其他热物理性质，如?、λ、cp等。 7.1.2 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与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结(hd=(5~10)hf) 凝结形态的决定性因素 是否形成膜状凝结主要取决于凝结液的润湿能力； 而润湿能力又取决于表面张力；表面张力小的润湿能力强。 实践表明，几乎所有的常用蒸气在纯净条件下在常用工程材料洁净表面上都能得到膜状凝结。 7.2 膜状凝结分析解及计算关联式7.2.1 纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热（竖壁）的分析 简化假设 常物性； 蒸气静止，气液界面无对液膜的粘滞应力； 液膜的惯性力忽略； 气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度； 膜内温度线性分布，热量转移只有导热； 液膜的过冷度、蒸汽的过热度忽略； 忽略蒸汽密度（ρv ρl ）； 液膜表面平整无波动 边界层方程组的简化 凝结液膜的流动和传热符合边界层薄层性质。 取重力方向为x方向，稳态情况下，边界层描述为 考虑假设③忽略惯性力； 液膜在x方向的压力梯度可按界面y=δ处压力梯度计算。考虑假设② 考虑假设⑦忽略蒸气密度； 考虑假设⑤之考虑导热 局部表面传热系数  7.2.2 膜状凝结分析扩展 几点说明 定性温度 除r 用 ts 外其余皆为(tw+ts)/2 公式适用范围 层流 Re1600 Re 7.2.3 相关准则 竖壁表面凝结传热表面传热系数修正公式 7.2.4 湍流膜状凝结换热 7.3 膜状凝结影响因素及其传热强化7.3.1膜状凝结影响因素 蒸气流速 前面的理论分析忽略了蒸气流速的影响。流速较高时，蒸气流对液膜表面产生明显的粘滞应力。 u 向上 液膜增厚 h ? ；u ?? 液膜破裂 h ? u 向下 液膜减薄 h ? ； u ?? 液膜破裂 h ? 管内冷凝 此时换热与蒸气的流速关系很大。 流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于管子 上半部（a）。 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（b）。 凝结表面情况 凝结换热的放热系数一般比较大，故在常规冷凝器中其热阻不占主导地位。但实际运行中凝汽器的泄漏是不可避免的，空气的漏入使冷凝器平均表面传热系数明显下降。 实践表明，采用强化措施可以收到实际效益。某些制冷剂的冷凝器中，强化有更大现实意义。 主要热阻：取决于通过液膜层的导热 强化原则：尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度。 实现方法： 尖锋的表面 使凝结液尽快从换热表面上排泄掉如低肋管、纵向沟槽等 表面改性，使膜状凝结变为珠状凝结如表面涂层（油脂、纳米技术）、离子注入 7.4 沸腾换热的模式 沸腾与前面介绍的凝结正好是正反两个过程 许多学科中正反过程的（物理机制）公式是一样的 传热有时不一样（管内强制对流） 沸腾比凝结复杂得多 7.4.1 沸腾换热的定义与分类 沸腾：当液体与高于其饱和温度的壁面接触时，工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程 沸腾换热：指工质通过气泡运动带走热量，并使其冷却的一种传热方式 应用： 电站中的水冷壁；工业锅炉中的省煤器；烧开水；冰箱中氟里昂的蒸发等。 从主体温度分 a) 过冷沸腾(Subcooled boiling)： 液体的主体温度低于相应压力下饱和温度时的沸腾换热。