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1、第七章 凝结与沸腾换热,凝结换热冰箱和空调中冷凝器使制冷工质冷凝 沸腾换热锅炉中管束使水沸腾,冷凝器,锅炉,第一节 凝结换热,树叶上的珠状凝结,玻璃窗上的膜状凝结,膜状凝结,珠状凝结,形式,成因,附着力表面张力,附着力表面张力,稳定性,好,不好,换热性能,不好,好,层流膜状凝结换热 速度变化规律：,层流膜状凝结换热 温度变化规律：,蒸气静止，且对液膜无黏滞应力作用,ts为蒸气饱和温度,可采用对流换热微分方程组对垂直壁层流膜状凝结换热加以研究,一、垂直壁和水平管膜状凝结换热,将：,代入，得：,假定液膜流动缓慢，则惯性力项可忽略，动量方程可简化为：,一般情况下：,从而：,积分两次，得到液膜内速度分
2、布：,2.液膜能量方程：,假定液膜流动缓慢，则对流换热项可忽略，能量方程可简化为：,积分两次，并将边界条件代入，得到液膜内温度分布：,1.X方向液膜动量方程：,3.液膜微元段热平衡：,凝液带入热量,凝液带出热量,墙壁导热出热量,蒸气带入热量,凝液焓（饱和液体）,蒸气焓（饱和气体）,凝液质流量,其中：,液膜微元段热平衡方程：,质流量在dx距离内的增量：,近似认为膜内温度分布为线性，则有：,将以上关系式代入液膜微元段热平衡方程，得到：,蒸气潜热：,分离变量，得：,上式在0内积分，得到x处的液膜厚度：,由于dx微元段的凝结换热量应该等于该段的导热量，故：,垂直壁层流膜状凝结换热平均表面传热系数：,注
3、意点：以上两式并非最后的正确结果，计算中不得直接使用！,将 代入，得到垂直壁层流膜状凝结换热局部表面传热系数：,水平圆管层流膜状凝结换热平均表面传热系数：,定性温度：,定型尺寸：x(l),定性温度：,定型尺寸：d,将平均表面传热系数表达式写为准则方程：,垂直壁：,水平管：,由于未考虑液膜波动因素，垂直壁理论解较实验结果偏低约20，因而应将其修正为：,垂直壁层流膜状凝结换热平均表面传热系数：,进行修正后，得到：,垂直壁与水平管凝结换热强度的比较 由于垂直壁定型尺寸远大于水平管，因而水平管凝结换热性能 更好，在实际管外凝结式冷凝器设计中多采用水平管。,适用范围：,适用范围：,（由于管径不会很大，
4、一般不会到达紊流）,垂直壁层流膜状凝结换热另一准则方程：,适用范围：,垂直壁紊流段膜状凝结换热准则方程：,适用范围：,存在紊流时整个垂直壁平均凝结对流表面传热系数：,xcRec1800时的临界高度,hl层流段平均凝结对流表面传热系数,ht紊流段平均凝结对流表面传热系数,l垂直壁高度,二、水平管内凝结换热,蒸气流速较低时，凝液主要在 管子底部，蒸气位于管子上部， 上部换热较好,蒸气流速较高时，形成环状流动， 凝液均匀分布在管子四周，中间为 蒸气核,三、水平管束管外凝结换热,上一层管子的凝液流到下一层管子上，使下一层管面的膜层增厚,下层管上的h比上层管的h低,计算方法：用nd代替d代入水平单管管外
5、凝结换热计算式,四、影响膜状凝结换热的因素及增强换热的措施,影响因素,蒸气速度,高速液膜吹脱壁面h增大,低速,蒸气向下吹液膜变薄h增大,蒸气向上吹液膜变厚h减小,蒸气含不凝气体,不凝气体聚集在表面，蒸气扩散阻力增加,膜层表面蒸气分压降低，ts降低，ts -tw降低,h减小,表面粗糙度,低Rec凝液积聚，液膜增厚h减小,高Rec凸出点对凝液产生扰动h增大,蒸气含油壁上形成油垢 h减小,过热蒸气蒸气与凝液焓差增大 h增大（计算时潜热修正为实际焓差）,增强凝结换热的措施： 1.改变表面几何特征： 采用各种带有尖峰的表面， 使在其上冷凝的液膜拉薄， 或者使已凝结的液体尽快 从换热表面上排泄掉 2.采用
6、抽气装置排除不凝气体 3.采用机械方法加速凝液排泄 4.促进珠状凝结的形成 （1）壁面涂镀材料减小附着力 （2）蒸气加促进剂增大表面张力,（c） 沟槽管,（d） 微肋管,第二节 沸腾换热,沸腾换热,大空间沸腾换热 （蒸气泡能自由浮升，穿过自由表面进入容器空间）,有限空间沸腾换热 （蒸气和液体混合在一起，形成两相流）,一、大空间沸腾换热,饱和沸腾：,过冷沸腾：,定义 工质通过气泡运动带走热量，并使其冷却的一种传热方式,沸腾换热小实验,气泡的变化规律,产生,长大,浮升,逸出,大空间饱和沸腾 过程的四个阶段： （控制壁温加热）,对流沸腾,泡态沸腾,过渡态沸腾,膜态沸腾,大空间饱和沸腾过程的四个阶段
7、（控制壁温加热）,控制热流密度加热时大空间 饱和沸腾换热的烧毁点： 热流密度不断增加到qc （106W/m2）附近时,沸腾状 态将由C点沿红线跳跃至E点， 壁温突然升至1000 以上， 设备将在瞬间烧毁。,实例：在高压锅炉水冷壁设计中，务必使热流密度小于106W/m2,水的大空间沸腾 换热计算式：,已知热流密度：,已知壁温：,二、管内沸腾换热 特征：由于流体温度随流向逐渐 升高，沸腾状态随流向不断改变,液相单相流,泡状流,块状流,环状流,气相单相流,h较低,h升高,h高,h高,h急剧降低,垂直管内沸腾,水平管内沸腾,液相单相流,泡状流,块状流,波浪流,环状流,气相单相流,汽水分层，管上半部局部换热较差,第三节 热管,热管的工作原理： 沸腾换热和凝结换热两种相变换热过程的巧妙结合。,热管的特点： 1.靠蒸气流动传输热量，传热能力大。 2.加热区和散热区趋于等温，温差损失小。 3.采用不同工作液，可适应各种温度范围。 4.加热区和散热区热管表面的热流密度可以不相同。 5.结构简单，无运动部件，工作可靠。,第七章重点： 1.膜状凝结换热特征和计算方法 2.沸腾换热的四个阶段 3.热管的工作原理,
