相變對流傳熱2015簡化版ppt課件

1、第第7 7章章 相變對流換熱相變對流換熱Phase Transformation Convection Heat Transfer.p 換熱特點換熱特點p以小溫差獲得大的傳熱速率；以小溫差獲得大的傳熱速率；p存在潛熱和浮力驅(qū)動雙重作用。存在潛熱和浮力驅(qū)動雙重作用。第第7 7章章 相變對流換熱相變對流換熱p 換熱影響要素換熱影響要素,pvlsatwclrgTTTfh223,LgcLgrTcfhLvlpvlpBoPr,Ja23LgfNuvl.7.1 7.1 外表凝結(jié)外表凝結(jié) 蒸氣與低于其飽和溫度的冷固體外表接觸時，蒸氣與低于其飽和溫度的冷固體外表接觸時，將汽化潛熱釋放給外表并構(gòu)成凝結(jié)液的過程。將汽

2、化潛熱釋放給外表并構(gòu)成凝結(jié)液的過程。gsatttwgsatttw.7.1 7.1 外表凝結(jié)外表凝結(jié)p根據(jù)外表浸潤情況根據(jù)外表浸潤情況膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)* *gsatttwgsatttwp根據(jù)膜層開展根據(jù)膜層開展外部凝結(jié)外部凝結(jié)內(nèi)部凝結(jié)內(nèi)部凝結(jié)* *蒸氣蒸氣凝結(jié)液凝結(jié)液蒸氣速度較低蒸氣速度較低蒸氣凝結(jié)液凝結(jié)液蒸氣速度較高蒸氣速度較高.7.2 7.2 膜狀凝結(jié)換熱分析膜狀凝結(jié)換熱分析速度邊境層由溫度邊境速度邊境層由溫度邊境層引起，層引起，= =t t。g)(xm t(y)u(y)Thermal boundary layersVelocity boundary layerssatttw

3、未采用未采用NusseltNusselt假定表示圖假定表示圖p換熱公式換熱公式p wtthqsatp邊境層特點邊境層特點p .22,22dd)(0ytytvxtucyugxpyuvxuuyvxullpllllp控制方程控制方程l液相v氣相gxdxd 忽略蒸氣流動，邊境層外忽略蒸氣流動，邊境層外gxpgxpvvdd07.2.1 7.2.1 豎壁膜狀凝結(jié)換熱準數(shù)關(guān)聯(lián)式方式豎壁膜狀凝結(jié)換熱準數(shù)關(guān)聯(lián)式方式.22)(yugyuvxuulvllp無量綱化無量綱化 動量方程動量方程222020)(yuLugYUVXUULulvll222Re1ReGayuYUVXUU引申思索：膜狀凝結(jié)與何種景象動量方程類似？

4、可以引引申思索：膜狀凝結(jié)與何種景象動量方程類似？可以引申出什么結(jié)論？申出什么結(jié)論？);/()(;/Y;/X;/V;/Usatsat00TTTTlylxuvuuw.n 無量綱化控制方程組無量綱化控制方程組22JaGa1Ja1yuYUVXUU22PrJaGa1YYVXU0YVXUp膜狀凝結(jié)換熱特征關(guān)聯(lián)式函數(shù)方式膜狀凝結(jié)換熱特征關(guān)聯(lián)式函數(shù)方式n參考速度參考速度rttgLcuwpsat20JaGaResat232rttcvglwpn 準那么方準那么方式式PrJa,Ga,Nuf.p準那么意義準那么意義23gLGa Ga數(shù)數(shù)【1 1】重力與粘性力的相對大小的一種量度；】重力與粘性力的相對大小的一種量度；【

5、2 2】膜狀凝結(jié)流動形狀的判據(jù)；】膜狀凝結(jié)流動形狀的判據(jù)；Ja數(shù)數(shù)rttcJawsp)(【1 1】表征液膜顯熱降與汽化潛熱相對大小?！勘碚饕耗わ@熱降與汽化潛熱相對大小。存在爭議本書沿用膜層Re數(shù)作為判據(jù).常物性參數(shù)；常物性參數(shù)；靜止純飽和蒸汽；靜止純飽和蒸汽；忽略液膜的慣性力；忽略液膜的慣性力；界面液膜溫度等于飽和溫度界面液膜溫度等于飽和溫度TsatTsat；液膜內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移只需導熱；液膜內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移只需導熱；忽略液膜的過冷度；忽略液膜的過冷度；忽略蒸汽密度；忽略蒸汽密度；層流，液膜外表平整無動搖層流，液膜外表平整無動搖pNusselt假定假定7.2.2 7.2.2 基于基于NusseltNuss

6、elt假定豎壁層流膜狀凝結(jié)數(shù)學表述假定豎壁層流膜狀凝結(jié)數(shù)學表述等壁溫等壁溫.22,22dd)(0ytytvxtucyugxpyuvxuuyvxullplllln假設(shè)假設(shè) 忽略慣性力忽略慣性力 ；n假設(shè)假設(shè) 只思索導熱；只思索導熱；n假設(shè)，蒸氣靜止假設(shè)，蒸氣靜止n假設(shè)假設(shè) 忽略蒸氣密度；忽略蒸氣密度；gxpgxpvvdd0.002222ytayugllln控制方程控制方程at , 0 0, 0swttyuyttuy，n邊境條件邊境條件假設(shè)交界面切假設(shè)交界面切應力忽略不計應力忽略不計假設(shè)液膜界假設(shè)液膜界面溫度面溫度=tsat=tsat.2212yygullp結(jié)果與分析結(jié)果與分析n流速流速u uy

7、yn溫度溫度ty)(satwwttyttxysattwt0yug未知.xmq,dd22llmgqgxmqmqdnx處單位寬度質(zhì)量流量處單位寬度質(zhì)量流量qm,xmmqqd0dyullxlg332.xttqrwlmddsatdd22llmgq 412sat)(4lwllrgxttn液膜厚度液膜厚度gxmqmqdmqrdmmqqd假設(shè)假設(shè), ,忽略忽略蒸氣過熱度和蒸氣過熱度和液膜過冷度液膜過冷度xttwldsat假設(shè)只思索假設(shè)只思索導熱，且溫度導熱，且溫度呈線性分布呈線性分布.n部分外表傳熱系數(shù)部分外表傳熱系數(shù) 41sat2341sat2)(4)(4xttrgxttrghwlllwllllxxtth

8、wxxd)(dsatxttwlxddsat.n豎壁平均外表傳熱系數(shù)豎壁平均外表傳熱系數(shù) 4123)(943. 0wslllVttLrgh豎壁wVttLhsatLwxxtth0satd.n總凝結(jié)速率總凝結(jié)速率rtthqwsatVLm,wVttLhsatLmrq,xywtgL方法一方法一方法二方法二lLlLmgq332,.7.2.3 7.2.3 膜狀凝結(jié)分析擴展膜狀凝結(jié)分析擴展22sindd yugxpyuvxuulll4123)(sin943. 0wslllttLrghn傾斜壁外表層流膜狀凝結(jié)傾斜壁外表層流膜狀凝結(jié)動量方程動量方程0sin 22yugllgxy.4123)(729. 0wslll

9、HttDrghn 程度圓管外表層流膜狀凝結(jié)程度圓管外表層流膜狀凝結(jié)n 豎直圓管外表層流膜狀凝結(jié)豎直圓管外表層流膜狀凝結(jié)4123)(943. 0wslllVttLrgh引申思索【引申思索【1 1】: :采用與豎壁一樣的公式，需滿足何種條件？采用與豎壁一樣的公式，需滿足何種條件？單橫管膜態(tài)凝結(jié)單橫管膜態(tài)凝結(jié).4/1/77. 0DLhhVH引申思索【引申思索【2 2】：試定性分析工程運用中冷凝管常采用橫】：試定性分析工程運用中冷凝管常采用橫管布置的緣由。管布置的緣由。VHhhDL85. 2/故冷凝管通常采用橫管布置。故冷凝管通常采用橫管布置。程度管與豎直管外層流膜狀凝結(jié)的比較程度管與豎直管外層流膜狀

10、凝結(jié)的比較.n球外表層流膜狀凝結(jié)球外表層流膜狀凝結(jié)* *4123)(826. 0wslllSttDrgh單橫管膜態(tài)凝結(jié)單橫管膜態(tài)凝結(jié).n豎壁外表凝結(jié)傳熱實際公式的修正豎壁外表凝結(jié)傳熱實際公式的修正思索液膜外表動搖思索液膜外表動搖4123)(13. 1wslllVttLrgh20Re1600Re,c無動搖層流無動搖層流有動搖層流有動搖層流湍流湍流4123)(13. 1NuwsllllVttLrgLh41PrJa1Ga1.13定性溫度 膜溫tfilm=(tw+ts)/2，(按tsat確定，r 除外).7.2.4 7.2.4 湍流膜狀凝結(jié)換熱湍流膜狀凝結(jié)換熱xwtLbyn膜層膜層ReRe數(shù)數(shù)lxex

11、xdu,Rexxxebbd44,lxmlxxlxxxquu,444Re能量守恒能量守恒wxxmttxhrqsat,rttxhlwxxsat,4Re待定準那么.xwtLbyn流態(tài)判據(jù)流態(tài)判據(jù)引申思索：橫管膜狀凝結(jié)膜層引申思索：橫管膜狀凝結(jié)膜層ReRe數(shù)如何計算，其普通處于數(shù)如何計算，其普通處于什么流動形狀？什么流動形狀？ReRe,x,x流動形狀層流湍流16001600Re,c1600轉(zhuǎn)變點.xwtLbyn換熱計算換熱計算16004Resat,rttLhlwLLLxhLxhhcbtuclL1ramn實驗關(guān)聯(lián)式實驗關(guān)聯(lián)式9200)253(584/34/12/131Re/PrPrPrReGaNusw定

12、性溫度：定性溫度：Prw 采用采用tw ，其他采用，其他采用tsat時凝結(jié)液的物性參時凝結(jié)液的物性參數(shù)數(shù) .【例【例1】 壓力為壓力為1.013105Pa 的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為壁的尺寸為30cm30cm，壁溫堅持，壁溫堅持98。計算每小時的熱換。計算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量。量及凝結(jié)蒸汽量。分析：分析：由于由于ReRe為待定準那么，故可先假設(shè)液膜為層為待定準那么，故可先假設(shè)液膜為層流。流。wtthAsat2 2凝結(jié)蒸汽量凝結(jié)蒸汽量1 1換熱量換熱量mrq.【例【例1】 壓力為壓力為1.013105Pa 的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。的水蒸氣在方形豎壁上凝

13、結(jié)。壁的尺寸為壁的尺寸為30cm30cm，壁溫堅持，壁溫堅持98。計算每小時的熱換。計算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量。量及凝結(jié)蒸汽量。解：解：【1 1】確定定性溫度與物性參數(shù)】確定定性溫度與物性參數(shù) 根據(jù)根據(jù) ts=100 ts=100，查得，查得r=2257kJ/kgr=2257kJ/kg； 其他物性參數(shù)按膜溫其他物性參數(shù)按膜溫tfilm=(100+98)/2=99 tfilm=(100+98)/2=99 查取，得：查取，得： =958.4kg/m3,=2.825 =958.4kg/m3,=2.825 10-10-4kg/(m.s),=0.68W/(m.K)4kg/(m.s),=0.68W/(

14、m.K).【例【例1】 壓力為壓力為1.013105Pa 的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為壁的尺寸為30cm30cm，壁溫堅持，壁溫堅持98。計算每小時的熱換。計算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量。量及凝結(jié)蒸汽量?！? 2】確定外表傳熱系數(shù)】確定外表傳熱系數(shù)4/123)(13. 1wslllttLrgh1244/143112311KmW1057. 198)K(1000.3msPa102.825Km0.68Wm958.4kgkg2257kJs9.8m13. 1豎壁層流膜狀凝結(jié)豎壁層流膜狀凝結(jié).【3】核算】核算Re準那準那么么液膜為層流假定成立。液膜為層流假定成立。1600

15、1 .59 sPa10825. 2kgJ102257K)98100(m3 . 0KmW1057. 14 )(4416124rtthLRews【例【例1】 壓力為壓力為1.013103Pa 的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為壁的尺寸為30cm30cm，壁溫堅持，壁溫堅持98。計算每小時的熱換。計算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量。量及凝結(jié)蒸汽量。.W1083. 2K2m3 . 0KmW1057. 1 )(32124satwtthA【例【例1】 壓力為壓力為1.013103Pa 的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為壁的尺寸為30cm30cm，壁溫堅持

16、，壁溫堅持98。計算每小時的熱換。計算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量。量及凝結(jié)蒸汽量?！?】換熱量】換熱量【5】凝汽量】凝汽量kg/h5 . 41025. 11022571083. 2333mrq.【例【例2】 一根長一根長1m，外徑，外徑80mm的垂直管，其外外表暴露在常的垂直管，其外外表暴露在常壓的飽和蒸汽中，管內(nèi)有冷水經(jīng)過，外表維持在壓的飽和蒸汽中，管內(nèi)有冷水經(jīng)過，外表維持在50。試求：。試求：【1】對冷卻液的傳熱速率；】對冷卻液的傳熱速率；【2】蒸汽在外表上的凝結(jié)速率。】蒸汽在外表上的凝結(jié)速率。分析關(guān)鍵：分析關(guān)鍵：【1 1】豎管凝結(jié)換熱如何處置？】豎管凝結(jié)換熱如何處置？【2 2】采用同例【

17、】采用同例【1 1】一樣的換熱公式暗含了什么假設(shè)？】一樣的換熱公式暗含了什么假設(shè)？.7.3 7.3 膜狀凝結(jié)傳熱強化膜狀凝結(jié)傳熱強化4/1sat23)(13. 1wlllttLrghxttxtthxwlwxdd)(satsatxlxhwtthqsatn 換熱影響要素分析換熱影響要素分析凝結(jié)換熱驅(qū)動力凝結(jié)換熱驅(qū)動力【1 1】液膜導熱】液膜導熱熱阻是膜狀凝熱阻是膜狀凝結(jié)的主要熱阻結(jié)的主要熱阻.n強化膜狀凝結(jié)根本原那么強化膜狀凝結(jié)根本原那么盡量減薄液膜厚度盡量減薄液膜厚度n強化措施強化措施a)a)減薄或破壞凝結(jié)液膜；減薄或破壞凝結(jié)液膜；b)b)加速液膜排泄；加速液膜排泄；c)c)盡能夠減少不凝結(jié)氣體

18、質(zhì)量分數(shù)。盡能夠減少不凝結(jié)氣體質(zhì)量分數(shù)。d)d)盡能夠?qū)崿F(xiàn)珠狀凝結(jié)。盡能夠?qū)崿F(xiàn)珠狀凝結(jié)。圖例參見P313-314.p 定義定義 p twtsat, twtsat, 工質(zhì)內(nèi)部固液界面上構(gòu)成大量汽泡的工質(zhì)內(nèi)部固液界面上構(gòu)成大量汽泡的汽化過程。汽化過程。7.4 7.4 沸騰換熱沸騰換熱p 分類分類p 按流動動力按流動動力p 大容器沸騰池沸騰大容器沸騰池沸騰 受迫對流沸騰受迫對流沸騰*p 按流體主體溫度按流體主體溫度p 過冷沸騰過冷沸騰 飽和沸騰飽和沸騰p .p換熱驅(qū)動力換熱驅(qū)動力p 過熱度過熱度sattttwp換熱公式換熱公式p sattthqw.7.4.1 大容器沸騰大容器沸騰p飽和池沸騰飽和池沸

19、騰蒸氣蒸氣固體固體液體液體ytytsattwo飽和池沸騰溫度分布飽和池沸騰溫度分布.工業(yè)運用設(shè)計范圍p沸騰曲線控制壁溫沸騰曲線控制壁溫maxqminq141030100 1201000Cotq/(wm-2)103104105106自然對流自然對流 核態(tài)沸騰核態(tài)沸騰過渡沸騰過渡沸騰膜態(tài)沸騰膜態(tài)沸騰AEFDBCDNBLeidenfrost點ONB.p沸騰曲線沸騰曲線( (控制熱流控制熱流) )maxqminq141030100 1201000Cotq/(wm-2)103104105106自然對流自然對流 核態(tài)沸騰核態(tài)沸騰過渡沸騰過渡沸騰膜態(tài)沸騰膜態(tài)沸騰AEDBCF臨界熱流密度加熱曲線冷卻曲線燒損點引申思索：試