第3章 相变热质交换原理与设备 热质交换原理与设备 教学课件.pptVIP

第三章 相变热质交换原理与设备 河北科技大学建工学院 第三章 相变热质交换原理与设备 3.1 液体沸腾换热 3.2 蒸汽凝结换热 3.3 固—液相变 3.4 相变热质交换设备和系统 第3章 相变热质交换原理与设备 物质的存在有三种状态，固态、液态、气态，称为物质的相态； 相变：物质从一种相态变化到另一种相态称为相变 3.1液体沸腾换热 1.沸腾换热现象 固-液界面上发生的蒸发，称之为沸腾。固体壁面与沸腾液体之间的热量传递称为沸腾换热。 沸腾的分类： 按空间大小分：大空间沸腾（池内沸腾）和有限空间沸腾（受迫对流沸腾）： 液体温度不同：饱和沸腾和过冷沸腾（局部沸腾）。 大空间饱和沸腾：加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾。饱和沸腾中，有4个规律不同的换热区域，即自然对流区、核态沸腾区、过渡沸腾区和稳定膜态沸腾区。 1）汽化核心法分析 2）强迫对流沸腾 外部强迫对流沸腾： 内部强迫对流沸腾： 2、沸腾换热量和表面传热系数的计算，沸腾换热计算式 1）大容器饱和和核态沸腾 影响核态沸腾的主要因素是壁面过热度和汽化核心数。 2）大容器膜态沸腾 3）制冷剂水平管外大空间的沸腾放热 由实验得出以下结论 肋管上的沸腾放热大于光管。 管束上的沸腾放热大于单管。 物性对沸腾放热系数有影响。 制冷剂中含油对沸腾放热系数h有影响，与含油浓度有关 4）制冷剂的管内沸腾 3、影响沸腾换热的因素 不凝结气体。 过冷度 液位高度 重力加速度 沸腾表面的结构 3.2 凝结换热 1、凝结换热现象 蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时，由气态变为液态的现象称为凝结。 膜状凝结 珠状凝结 2、凝结换热计算 1）努谢尔分析解 2）实验解（膜状凝结） 3）制冷剂的凝结放热 ①当气流速度不大时，凝结液主要集中在管子的底部，蒸汽主要在管子的上半部。 ②当蒸汽流速较高时，则形成环状流动，凝结液较均匀地展布在管子的四周，中心是蒸汽，随着流动进行，液膜厚度不断增厚直至占据整个截面。 3、影响膜状凝结的因素 不凝结气体 蒸汽流速 过热度 液膜过冷度及温度分布的非线性 管子排数 管内凝结 凝结表面的几何形状 3.3 固液相变 固-液相变指固态物质在某一温度下吸热熔化的现象。 液-固相变指液态物质温度降低到相变温度以下时，放出热量，凝成固态的现象。 目前，固液相变储热在建筑空调或供暖领域的研究主要有以下两个方面： 1）相变建筑围护结构指在建筑物的围护结构中，添加相变材料，利用相变材料进行储热，从而减小了室内温度波动和空调或采暖系统的能耗。 2）空调冰蓄冷是指在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将制得冷量以冰（或其它相变材料）的形式储存起来，在白天空调负荷高峰期（用电高峰），将冰融化，释放冷量，用以部分或全部满足供冷的需求。 冰蓄冷空调并不节能，相反，它比常规空调可能用电更多，在夜间需要用电能制冰，白天同样需要融冰供冷。而且冰蓄冷系统的设备初投资高于常规空调。 它的意义在于减少了白天用电高峰期的用电量。实现“削峰填谷”，有利于降低装机容量，维持电网的安全高效运行，起到了平衡电网的作用，在有用电优惠政策的城市使用，可以降低用户的运行费用。 3.4 相变热质交换设备和系统 1.冷凝器 冷凝器是将高温高压制冷剂蒸汽冷却使之液化的设备。 根据冷却剂种类不同，冷凝器可分为水冷冷凝器、空冷冷凝器、以及制冷剂蒸发或其它工艺进行冷却的冷凝器。 （1）水冷冷凝器 水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。 a、立式壳管式冷凝器 　　立式冷凝器的主要特点是： 　　1°由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般K=600～700(kcal/m2?h?℃)。 　　2°垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。 　　3°冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。 4°管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。 5°但因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有2～4℃，对数平均温差一般在5～6℃左右，故耗水量较大。且由于设备置于空气中，管子易被腐蚀，泄漏时比易被发现。 b、卧式壳管式冷凝器 它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。 卧式冷凝器不仅广泛地用于氨制冷系统，也可以用于氟利昂制冷系统，但其结构略有不同。 氨卧式冷凝器的冷却管采用光滑无缝钢管，而氟利昂卧式冷凝器的冷却管一