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1、1/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer Phase Change Heat Transfer Gas-liquid 第七章第七章 相变对流传热相变对流传热 2/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 工程应用背景工程应用背景 锅炉炉膛中的水冷壁锅炉炉膛中的水冷壁 热电厂冷凝器热电厂冷凝器 空调、冰箱中的冷凝器和蒸发器空调、冰箱中的冷凝器和蒸发器 蒸汽发生器蒸汽发生器 相变传热的特点相变传热的特点 有潜热释放有潜热释放 影响因素太多影响因素太多 热点热点 难点难点 3/76 传热学传热学 Heat TransferHeat
2、Transfer 主要内容主要内容 凝结传热凝结传热 沸腾传热沸腾传热 凝结传热的模式凝结传热的模式 层流膜状凝结分析解层流膜状凝结分析解 沸腾传热的模式沸腾传热的模式 大容器饱和沸腾大容器饱和沸腾 实验关联式实验关联式 影响因素及强化影响因素及强化 热管热管 影响因素及强化影响因素及强化 4/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 7-1 3 凝结传热凝结传热 Condensation heat transfer 5/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 7-1 凝结传热的模式凝结传热的模式 一、凝结的定义一、凝结的定义
3、二、两种存在形态二、两种存在形态 蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成液体的过程。液体的过程。 浸润性液体；非浸润性液体。浸润性液体；非浸润性液体。 6/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 1、膜状凝结、膜状凝结(film condensation) 沿整个壁面形成一层薄膜，并且在沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动。重力的作用下流动。 2、珠状凝结、珠状凝结(dropwise condensation) 当凝结液体不能很好地浸润壁面时，当凝结液体不能很好地浸润壁面时， 则在壁面上形成许多小液珠。则在壁面上形成
4、许多小液珠。 g swttg swtt三、凝结传热的两种模式三、凝结传热的两种模式 7/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 8/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 9/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer （4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结 3、说明、说明 （1）h珠珠h膜膜 （2）珠状凝结很难保持，工程中遇到的凝）珠状凝结很难保持，工程中遇到的凝 结传热大多属于膜状凝结结传热大多属于膜状凝结 （3）主要热阻）主要热阻 10/76 传热学传热学
5、Heat TransferHeat Transfer 3 3、电子元器件冷却、电子元器件冷却 1 1、蒸汽压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环 2 2、电厂的凝汽器、电厂的凝汽器 四、膜状凝结传热的应用四、膜状凝结传热的应用 11/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 12/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 7-2 层流膜状凝结传热层流膜状凝结传热 凝结传热是一个非常复杂的现象凝结传热是一个非常复杂的现象 蒸汽流速蒸汽流速 蒸汽过热度蒸汽过热度 不凝结气体不凝结气体 几何因素几何因素 Nusselt于于1916年成功地用理论
6、分年成功地用理论分 析法求解了层流膜状凝结问题析法求解了层流膜状凝结问题 热物性热物性 工质与固体壁面工质与固体壁面 液膜过冷度液膜过冷度 物理问题：物理问题：饱和蒸汽在冷壁面凝结，形成液膜，饱和蒸汽在冷壁面凝结，形成液膜， 蒸汽凝结将热量传给冷壁面，求传热系数。蒸汽凝结将热量传给冷壁面，求传热系数。 13/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 1、对实际问题的简化、对实际问题的简化 一、一、Nusselt的分析解的分析解 （1）常物性）常物性 （2）饱和蒸汽总体静止）饱和蒸汽总体静止 忽略相界面粘性力忽略相界面粘性力 （3）液膜流动缓慢）液膜流动缓慢 （4
7、）汽液界面上无温差）汽液界面上无温差 （5）膜内温度线性分布）膜内温度线性分布 （6）液膜的过冷度忽略）液膜的过冷度忽略 （7）忽略蒸汽密度）忽略蒸汽密度 （8）液膜表面光滑平整无波动）液膜表面光滑平整无波动 14/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 边界层微分方程组：边界层微分方程组： 2222 )(0ytaytvxtuyugdxdp yuvxuuyv xullll15/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 考虑（考虑（3）液膜的惯性力忽略）液膜的惯性力忽略 0)( yuvxuul考虑（考虑（5） 膜内温度线性分布，即
8、膜内温度线性分布，即 热量传递方式只有导热热量传递方式只有导热 考虑（考虑（7）忽略蒸汽密度）忽略蒸汽密度 0dxdp0 ytvxtu？ 16/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 2222 )(0ytaytvxtuyugdxdp yuvxuuyv xullll 002222dytdadyudglll 边界条件：边界条件： swttyuyttuy, 0dd0, 0时，时，17/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 2、求解结果、求解结果 （1） 速度、温度分布速度、温度分布 yttttyygusllww2 21 ？ 18/
9、76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer （2） 液膜厚度液膜厚度 质量守恒质量守恒 能量守恒能量守恒 ll lmgdyuq31320dgdqll m22 1wrs mlttdqdx1/44llsw 2 l(tt )x gr 19/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer （3） 局部对流传热系数局部对流传热系数 1/4423 ll x lswgrh(tt )x w w11ttdxttdxhs lsxlxh 20/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer （4）整个竖壁的平均表面传热系数）整个竖壁的
10、平均表面传热系数 定性温度：定性温度： 2ws mttt注意：注意：r 按按 ts 确定确定 014 3lxx lhh dxhl1 234 0.943wlllsgr l tt 21/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 3、几点说明、几点说明 努塞尔的理论分析可推努塞尔的理论分析可推 广到水平圆管外的层流广到水平圆管外的层流 膜状凝结膜状凝结 1/4 0.72923 ll H lswgrhd(tt ) （1） 倾斜平板倾斜平板 （2） 水平圆管外水平圆管外 22/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer （3）假设）假设8似乎
11、没用到？似乎没用到？ （4）定性温度）定性温度 2ws mttt注意：注意：r 按按 ts 确定确定 23/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 1、比较、比较 二、垂直管与水平管的比较和实验验证二、垂直管与水平管的比较和实验验证 水平管与垂直管的对流换热系数之比：水平管与垂直管的对流换热系数之比： 414177.0943.0729.0dldl hhVH0.250 VHhh dl24/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 2、实验验证、实验验证 （1）水平单管）水平单管 （2）竖表面）竖表面 41w32 13. 1 ttl
12、grhslll 25/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 1、液膜的流态、液膜的流态 20Re 1600Re c无波动层流无波动层流 有波动层流有波动层流 湍流湍流 um 为为 x = l 处液膜处液膜 的平均流速；的平均流速； de 为该截面处液膜为该截面处液膜 层的当量直径。层的当量直径。 三、湍流膜状凝结三、湍流膜状凝结 lemldu Re26/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 4ecdA / P由热量守恒：由热量守恒： lmlmlqu 44Reltthqsmmwr rttlhlwsm 4Re44b / b27
13、/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 2、层流向湍流的转捩、层流向湍流的转捩 20Re 1600Re c无波动层流无波动层流 有波动层流有波动层流 湍流湍流 1600Re c（1） （2）表面传热系数的计算）表面传热系数的计算 cc ltxxhhh1ll（3）水平管一般为层流）水平管一般为层流 式（式（712） 注意关联式的定性温度注意关联式的定性温度 28/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 1、思路、思路 层流层流核算核算Re 四、例题四、例题 Re1600 结果结果 Re 1600 层流层流+湍流湍流 xc 2、
14、要用的公式、要用的公式 1/ 423 ll H lswgrh0.729d(tt ) 水平管外水平管外 竖直表面竖直表面 41w32 13. 1 ttlgrhslll 29/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 3、例、例7-1 压力为压力为1.013105Pa 的水蒸气在方形竖壁上凝的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为结。壁的尺寸为30cm30cm，壁温保持，壁温保持98。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。 30/76 传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 竖直表面竖直表面 41w32 13. 1 ttlgrhslll （1）水蒸气）水蒸气 ts=100 C r （2）定性温度）定性温度 液膜物性液膜物性 （3）选用层流公式）选用层流公式 （4）核算）核算Re （5）换热量）换热量 （6）蒸汽凝结量）蒸汽凝结量 31/76 传热学传热学 Heat Trans
