各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式

1、各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式第一節(jié)第一節(jié) 受迫對(duì)流換熱受迫對(duì)流換熱一、流體沿平壁流動(dòng)時(shí)的對(duì)流換熱一、流體沿平壁流動(dòng)時(shí)的對(duì)流換熱3121PrRe664. 0mmmNu )(21wfmttt)(21wfmttt各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式管內(nèi)受迫對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式管內(nèi)受迫對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式管內(nèi)受迫管內(nèi)受迫對(duì)流流動(dòng)和換熱的特征對(duì)流流動(dòng)和換熱的特征（1 1）流動(dòng)有層流和湍流之分）流動(dòng)有層流和湍流之分 層流：層流：過(guò)渡區(qū)：過(guò)渡區(qū)：旺盛湍流：旺盛湍流：Re23002300Re10000Re10000 二、流體在管道內(nèi)換熱二、流體在管道內(nèi)換熱 入口段的熱邊界層較

2、薄，局部換熱系數(shù)比充分發(fā)展段的高，且沿入口段的熱邊界層較薄，局部換熱系數(shù)比充分發(fā)展段的高，且沿著主流方向逐漸降低，逐漸靠近充分發(fā)展段，局部換熱系數(shù)逐漸趨著主流方向逐漸降低，逐漸靠近充分發(fā)展段，局部換熱系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定。工程技術(shù)中常常利用入口段換熱效果好這一特點(diǎn)來(lái)強(qiáng)化設(shè)于穩(wěn)定。工程技術(shù)中常常利用入口段換熱效果好這一特點(diǎn)來(lái)強(qiáng)化設(shè)備的換熱。備的換熱。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式（2 2）入口段的熱邊界層薄，局部換熱系數(shù)高。）入口段的熱邊界層薄，局部換熱系數(shù)高。 層流入口段長(zhǎng)度層流入口段長(zhǎng)度: : 湍流時(shí)湍流時(shí): :/0.05 Re Prld/60ld層流層流湍流湍流各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)

3、算公式（3 3）特征速度及定性溫度的確定）特征速度及定性溫度的確定 特征速度：計(jì)算特征速度：計(jì)算ReRe數(shù)時(shí)用到的流速，數(shù)時(shí)用到的流速，一般一般多取截面平均流速。多取截面平均流速。 定性溫度：計(jì)算物性的定性溫度定性溫度：計(jì)算物性的定性溫度多多為截面為截面上流體的平均溫度上流體的平均溫度（或進(jìn)出口截面平均溫（或進(jìn)出口截面平均溫度）。度）。 )(21fffttt各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 實(shí)際工程換熱設(shè)備中，層流時(shí)的換熱實(shí)際工程換熱設(shè)備中，層流時(shí)的換熱常常處于入口段的范圍?？刹捎孟铝谐３Ｌ幱谌肟诙蔚姆秶??？刹捎孟铝旋R德齊德泰特公式：泰特公式：0.141/ 3RePr1.86/ffffwNu

4、ld1 1。管內(nèi)層流換熱關(guān)聯(lián)式。管內(nèi)層流換熱關(guān)聯(lián)式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式ftwwt定性溫度為流體平均溫度定性溫度為流體平均溫度 （ 按按壁溫壁溫 確定），確定），管內(nèi)徑為特征長(zhǎng)度管內(nèi)徑為特征長(zhǎng)度，管，管子處于均勻壁溫。子處于均勻壁溫。0.0044 9.75fw，0.141/3Re Pr2/fffwl d。Pr0.4816700,f 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍為：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍為：各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式3. 3. 管內(nèi)紊流時(shí)的管內(nèi)紊流時(shí)的準(zhǔn)則方程準(zhǔn)則方程 實(shí)用上使用最廣的是實(shí)用上使用最廣的是迪貝斯貝爾特公式：迪貝斯貝爾特公式： lRt 加熱流體時(shí)加熱流體時(shí) 冷卻流體時(shí)冷卻流體時(shí) 式中式中

5、: : 定性溫度采用流體平均溫度定性溫度采用流體平均溫度 ，特征長(zhǎng)度，特征長(zhǎng)度為管內(nèi)徑。為管內(nèi)徑。0.80.023RePrnfffNu 0.4n 0.3nft2. 管內(nèi)過(guò)渡狀態(tài)時(shí)的準(zhǔn)則方程管內(nèi)過(guò)渡狀態(tài)時(shí)的準(zhǔn)則方程在在Ref=2300-10Ref=2300-104 4范圍內(nèi)，流動(dòng)為過(guò)渡狀態(tài)范圍內(nèi)，流動(dòng)為過(guò)渡狀態(tài)查看查看P P198198表表16-116-1各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍： 此式適用與流體與壁面具有中等以下溫此式適用與流體與壁面具有中等以下溫差場(chǎng)合差場(chǎng)合。45Re10 1.2 10,fPr0.7 120,f/60l d 。v一般在關(guān)聯(lián)式中引進(jìn)乘數(shù)一般

6、在關(guān)聯(lián)式中引進(jìn)乘數(shù)v在有換熱條件下，截面上的溫度并不均勻，在有換熱條件下，截面上的溫度并不均勻，導(dǎo)致速度分布發(fā)生畸變。導(dǎo)致速度分布發(fā)生畸變。 來(lái)考慮不均勻物性場(chǎng)對(duì)換熱的影響。來(lái)考慮不均勻物性場(chǎng)對(duì)換熱的影響。(/)Pr /Pr )nnfwfw或（各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式三、流體橫掠圓管時(shí)的換熱三、流體橫掠圓管時(shí)的換熱1.流體橫掠單管時(shí)的換熱流體橫掠單管時(shí)的換熱各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 外部流動(dòng)：外部流動(dòng)：換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，不會(huì)受到鄰近壁面存邊界層能自由發(fā)展，不會(huì)受到鄰近壁面存在的限制。在的限

7、制。 橫掠單管：橫掠單管：流體沿著垂直于管子軸線的方流體沿著垂直于管子軸線的方向流過(guò)管子表面。流動(dòng)具有邊界層特征，還向流過(guò)管子表面。流動(dòng)具有邊界層特征，還會(huì)發(fā)生繞流脫體。會(huì)發(fā)生繞流脫體。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式1/ 3RePrnNuC()/ 2;wttu。 雖然局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)變化比較復(fù)雖然局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)變化比較復(fù)雜，但從平均表面換熱系數(shù)看，漸變規(guī)雜，但從平均表面換熱系數(shù)看，漸變規(guī)律性很明顯。律性很明顯?？刹捎靡韵路侄蝺绱侮P(guān)聯(lián)式：可采用以下分段冪次關(guān)聯(lián)式：式中：定性溫度為式中：定性溫度為 特征長(zhǎng)度為管外徑；特征長(zhǎng)度為管外徑；數(shù)的特征速度為來(lái)流速度數(shù)的特征速度為來(lái)流速度Re各種對(duì)流換

8、熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式2、流體橫掠圓管束時(shí)的換熱、流體橫掠圓管束時(shí)的換熱各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式第二節(jié)第二節(jié) 自然對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱 流體受壁面加熱或冷卻而引起的自然對(duì)流換熱流體受壁面加熱或冷卻而引起的自然對(duì)流換熱 與流體在壁面與流體在壁面 附近的由溫度差異所形成的浮升力有關(guān)。不均勻的溫度場(chǎng)造成附近的由溫度差異所形成的浮升力有關(guān)。不均勻的溫度場(chǎng)造成 了不均勻的密度場(chǎng)，由此產(chǎn)生的浮升力成為運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。了不均勻的密度場(chǎng)，由此產(chǎn)生的浮升力成為運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。 在熱壁面上的空氣被加熱而上浮在熱壁面上的空氣被加熱而上浮, ,而未被加熱的較冷空氣因密而未被加熱的較冷空氣因密 度較大而下沉。所以自

9、然對(duì)流換熱時(shí)度較大而下沉。所以自然對(duì)流換熱時(shí), ,壁面附近的流體不像受迫壁面附近的流體不像受迫 對(duì)流換熱那樣朝同一方向流動(dòng)。對(duì)流換熱那樣朝同一方向流動(dòng)。 一般情況下，不均勻溫度場(chǎng)僅發(fā)生在靠近換熱壁面的薄層一般情況下，不均勻溫度場(chǎng)僅發(fā)生在靠近換熱壁面的薄層之內(nèi)。在貼壁處，流體溫度等于壁面壁面溫度之內(nèi)。在貼壁處，流體溫度等于壁面壁面溫度t tW W，在離開(kāi)壁面，在離開(kāi)壁面 的方向上逐步降低至周?chē)h(huán)境溫度。的方向上逐步降低至周?chē)h(huán)境溫度。 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 在一般情況下，不均勻溫度場(chǎng)僅發(fā)生在靠近換熱壁面的薄層之在一般情況下，不均勻溫度場(chǎng)僅發(fā)生在靠近

10、換熱壁面的薄層之內(nèi)。在貼壁處，流體溫度等于壁面溫度內(nèi)。在貼壁處，流體溫度等于壁面溫度t tw w，在離開(kāi)壁面的方向上逐，在離開(kāi)壁面的方向上逐步降低，直至周?chē)h(huán)境溫步降低，直至周?chē)h(huán)境溫 度度t t，如圖，如圖5 526a26a所示。薄層內(nèi)的速度所示。薄層內(nèi)的速度分布則有兩頭小中間大的特點(diǎn)。分布則有兩頭小中間大的特點(diǎn)。 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式自然對(duì)流亦有層流和湍流之分。自然對(duì)流亦有層流和湍流之分。以一塊熱豎壁的自然對(duì)流為例，其自下而上的以一塊熱豎壁的自然對(duì)流為例，其自下而上的流動(dòng)景象示出于下圖流動(dòng)景象示出于下圖a a。在壁的下部，流動(dòng)剛開(kāi)始形成，它是有規(guī)則的在壁的下部，流動(dòng)剛開(kāi)始形成

11、，它是有規(guī)則的層流；若壁面足夠高，則上部流動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥膶恿鳎蝗舯诿孀銐蚋?，則上部流動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌Ａ?。不同的流?dòng)狀態(tài)對(duì)換熱具有決定性影響：層流不同的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)換熱具有決定性影響：層流 時(shí)，換熱熱阻完全取決了薄層的厚度。從換熱時(shí)，換熱熱阻完全取決了薄層的厚度。從換熱壁面下端開(kāi)始，隨著高度的增壁面下端開(kāi)始，隨著高度的增 加，層流薄層加，層流薄層的厚度也逐漸增加。局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也隨的厚度也逐漸增加。局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也隨 高度增加而減小。高度增加而減小。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式流體沿豎壁自然對(duì)流的流動(dòng)性質(zhì)和流體沿豎壁自然對(duì)流的流動(dòng)性質(zhì)和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化 各種對(duì)流

12、換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式從對(duì)流換熱微分方程組出發(fā)，可以導(dǎo)出適用于自然對(duì)流換從對(duì)流換熱微分方程組出發(fā)，可以導(dǎo)出適用于自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)則方熱的準(zhǔn)則方 程式程式 。原則上自然對(duì)流換熱準(zhǔn)則方程式可寫(xiě)為： 式中式中GrGr為格拉曉夫數(shù)為格拉曉夫數(shù) Gr格拉曉夫數(shù)是浮升力格拉曉夫數(shù)是浮升力/粘滯力比值的一種度量。粘滯力比值的一種度量。Gr數(shù)的增大表明浮升力作用的相對(duì)增大。數(shù)的增大表明浮升力作用的相對(duì)增大。自然對(duì)流亦有層流與湍流之分，判別層流與湍流的準(zhǔn)則數(shù)為自然對(duì)流亦有層流與湍流之分，判別層流與湍流的準(zhǔn)則數(shù)為Gr數(shù)數(shù)各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式一、無(wú)限空間自然對(duì)流換熱一、無(wú)限空間自然對(duì)流換熱 換熱面

13、附近流體的運(yùn)動(dòng)狀況只取決于換熱面的形狀、尺寸換熱面附近流體的運(yùn)動(dòng)狀況只取決于換熱面的形狀、尺寸和溫度，而與空間圍護(hù)壁面無(wú)關(guān)，因此稱(chēng)為無(wú)限空間自然對(duì)流和溫度，而與空間圍護(hù)壁面無(wú)關(guān)，因此稱(chēng)為無(wú)限空間自然對(duì)流換熱。換熱。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式根據(jù)自然對(duì)流換熱原則性準(zhǔn)則方程，工程中廣泛根據(jù)自然對(duì)流換熱原則性準(zhǔn)則方程，工程中廣泛使用的是下列形式的關(guān)聯(lián)式：使用的是下列形式的關(guān)聯(lián)式： 定性溫度：定性溫度：特征長(zhǎng)度：豎平板、豎圓柱為高度特征長(zhǎng)度：豎平板、豎圓柱為高度H H，橫圓柱為，橫圓柱為外徑外徑d dnGrCNuPr)(2/ )(tttwm參數(shù)參數(shù)C、n的選取查看相關(guān)表格的選取查看相關(guān)表格各種

14、對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式二、有限空間自然對(duì)流換熱二、有限空間自然對(duì)流換熱流體在夾層兩側(cè)壁溫不等的空間內(nèi)進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)流體在夾層兩側(cè)壁溫不等的空間內(nèi)進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)為有限空間自然對(duì)流換熱。為有限空間自然對(duì)流換熱。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式討論如圖所示的豎的和水平的兩種封閉夾層的自然對(duì)流換熱討論如圖所示的豎的和水平的兩種封閉夾層的自然對(duì)流換熱 。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式夾層內(nèi)流體的流動(dòng)，主要取決于以?shī)A層厚度夾層內(nèi)流體的流動(dòng)，主要取決于以?shī)A層厚度 為特征長(zhǎng)度的為特征長(zhǎng)度的GrGr數(shù)數(shù) 般關(guān)聯(lián)式具有般關(guān)聯(lián)式具有 : :對(duì)于豎空氣夾層對(duì)于豎空氣夾層

15、: :各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式（H/的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍為的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍為1142）對(duì)于水平空氣夾層，推薦以下關(guān)聯(lián)式：對(duì)于水平空氣夾層，推薦以下關(guān)聯(lián)式：值得指出，對(duì)于豎直夾層，當(dāng)值得指出，對(duì)于豎直夾層，當(dāng)GrGr Pr2000 Pr2000、對(duì)水平夾層、對(duì)水平夾層GrGr PrPr 17001700時(shí)，夾層中的熱量傳遞過(guò)程為純導(dǎo)熱。時(shí)，夾層中的熱量傳遞過(guò)程為純導(dǎo)熱。除了自然對(duì)流以外，夾層除了自然對(duì)流以外，夾層 的熱量傳遞還有輻射換熱。通過(guò)夾的熱量傳遞還有輻射換熱。通過(guò)夾層的換熱量應(yīng)是兩者之和。層的換熱量應(yīng)是兩者之和。 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式第三節(jié)第三節(jié) 蒸汽凝結(jié)換熱蒸汽凝結(jié)換熱

16、凝結(jié)換熱實(shí)例凝結(jié)換熱實(shí)例鍋爐中的水冷壁鍋爐中的水冷壁寒冷冬天窗戶上的冰花寒冷冬天窗戶上的冰花許多其他的工業(yè)應(yīng)用過(guò)程許多其他的工業(yè)應(yīng)用過(guò)程各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式凝結(jié)換熱的關(guān)鍵點(diǎn)凝結(jié)換熱的關(guān)鍵點(diǎn)凝結(jié)可能以不同的形式發(fā)生，膜狀凝結(jié)和珠凝結(jié)可能以不同的形式發(fā)生，膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)狀凝結(jié)冷凝物相當(dāng)于增加了熱量進(jìn)一步傳遞的熱阻冷凝物相當(dāng)于增加了熱量進(jìn)一步傳遞的熱阻層流和湍流膜狀凝結(jié)換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式層流和湍流膜狀凝結(jié)換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式影響膜狀凝結(jié)換熱的因素影響膜狀凝結(jié)換熱的因素會(huì)分析豎壁和橫管的換熱過(guò)程，及會(huì)分析豎壁和橫管的換熱過(guò)程，及NusseltNusselt膜膜狀凝結(jié)理論狀凝結(jié)理論各種對(duì)流換

17、熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 1 1 、凝結(jié)換熱現(xiàn)象、凝結(jié)換熱現(xiàn)象 蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)，將汽化蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)，將汽化潛熱釋放給固體壁面，并在壁面上形成凝結(jié)液的潛熱釋放給固體壁面，并在壁面上形成凝結(jié)液的過(guò)程，稱(chēng)凝結(jié)換熱現(xiàn)象。有兩種凝結(jié)形式。過(guò)程，稱(chēng)凝結(jié)換熱現(xiàn)象。有兩種凝結(jié)形式。 2 2 、凝結(jié)換熱的分類(lèi)、凝結(jié)換熱的分類(lèi) 根據(jù)凝結(jié)液與壁面浸潤(rùn)能力不同分兩種根據(jù)凝結(jié)液與壁面浸潤(rùn)能力不同分兩種 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 (1) (1)膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié) 定義：凝結(jié)液體能很好地濕潤(rùn)壁面，并定義：凝結(jié)液體能很好地濕潤(rùn)壁面，并能在壁面上均勻鋪展成膜的凝結(jié)形式，能在壁面上均勻鋪

18、展成膜的凝結(jié)形式，稱(chēng)膜狀凝結(jié)。稱(chēng)膜狀凝結(jié)。 特點(diǎn)：壁面上有一層液膜，凝結(jié)放出的特點(diǎn)：壁面上有一層液膜，凝結(jié)放出的相變熱（潛熱）須穿過(guò)液膜才能傳到冷相變熱（潛熱）須穿過(guò)液膜才能傳到冷卻壁面上，卻壁面上， 此時(shí)液膜成為主要的換熱此時(shí)液膜成為主要的換熱熱阻熱阻 gswtt各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式(2)(2)珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié) 定義：凝結(jié)液體不能很好地濕潤(rùn)壁定義：凝結(jié)液體不能很好地濕潤(rùn)壁面，凝結(jié)液體在壁面上形成一個(gè)個(gè)面，凝結(jié)液體在壁面上形成一個(gè)個(gè)小液珠的凝結(jié)形式，稱(chēng)珠狀凝結(jié)。小液珠的凝結(jié)形式，稱(chēng)珠狀凝結(jié)。 特點(diǎn)：凝結(jié)放出的潛熱不須穿過(guò)液膜的阻力即特點(diǎn)：凝結(jié)放出的潛熱不須穿過(guò)液膜的阻力即可傳到冷

19、卻壁面上?？蓚鞯嚼鋮s壁面上。所以，在其它條件相同時(shí)，珠狀凝結(jié)的表面?zhèn)魉?，在其它條件相同時(shí)，珠狀凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)定大于膜狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)。熱系數(shù)定大于膜狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)。 gswtt各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式一、膜狀凝結(jié)分析解及關(guān)聯(lián)式一、膜狀凝結(jié)分析解及關(guān)聯(lián)式 1 1、純凈蒸汽層流膜狀凝結(jié)分析解、純凈蒸汽層流膜狀凝結(jié)分析解 假定假定：1 1）常物性；）常物性；2 2）蒸氣靜止；）蒸氣靜止；3 3）液膜的慣性）液膜的慣性力忽略；力忽略；4 4）氣液界面上無(wú)溫差，即液膜溫度等于）氣液界面上無(wú)溫差，即液膜溫度等于飽和溫度；飽和溫度；5 5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只）膜內(nèi)溫度線性分布，

20、即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱；有導(dǎo)熱；6 6）液膜的過(guò)冷度忽略；）液膜的過(guò)冷度忽略； 7 7）忽略蒸汽密）忽略蒸汽密度；度；8 8）液膜表面平整無(wú)波動(dòng)）液膜表面平整無(wú)波動(dòng)各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式根據(jù)以上根據(jù)以上 9 9 個(gè)假設(shè)從邊界層微分方程組推出努個(gè)假設(shè)從邊界層微分方程組推出努塞爾的簡(jiǎn)化方程組，從而保持對(duì)流換熱理論的塞爾的簡(jiǎn)化方程組，從而保持對(duì)流換熱理論的統(tǒng)一性。同樣的，凝結(jié)液膜的流動(dòng)和換熱符合統(tǒng)一性。同樣的，凝結(jié)液膜的流動(dòng)和換熱符合邊界層的薄層性質(zhì)。邊界層的薄層性質(zhì)。 以豎壁的膜狀凝結(jié)為例：以豎壁的膜狀凝結(jié)為例： x x 坐標(biāo)為重力方向，如坐標(biāo)為重力方向，

21、如圖所示。圖所示。 在穩(wěn)態(tài)情況下，凝結(jié)液膜流動(dòng)的微分方程組為在穩(wěn)態(tài)情況下，凝結(jié)液膜流動(dòng)的微分方程組為 ：各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll下腳標(biāo)下腳標(biāo) l l 表示液相表示液相各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式考慮假定（考慮假定（3 3）液膜的慣性力忽略）液膜的慣性力忽略 2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll0)(yuvxuul考慮假定（考慮假定（7 7）忽略蒸汽密度）忽略蒸汽密度0dxdp各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式0ytvxtu002222ytayuglll 只有只有u u

22、 和和 t t 兩個(gè)未知量，于是，上面得方兩個(gè)未知量，于是，上面得方程組化簡(jiǎn)為：程組化簡(jiǎn)為： 考慮假定（考慮假定（5 5） 膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式邊界條件：邊界條件：swttyuyttuy ,0dd 0, 0時(shí)，時(shí)，1/ 4llsw2l4(tt )xgr 求解上面方程可得：求解上面方程可得：(1) (1) 液膜厚度液膜厚度定性溫度：定性溫度：2wsmttt注意：注意：r r 按按 t ts s 確定確定各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式(2) (2) 局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1 / 423llxlswg

23、rh4( tt)x sw( tttC )整個(gè)豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)整個(gè)豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1 / 423lllVx0lswgr1hh dx0.943ll( tt) 定性溫度：定性溫度：2wsmttt注意：注意：r r 按按 t ts s 確定確定各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式(3) (3) 修正：實(shí)驗(yàn)表明，由于液膜表面波動(dòng)，凝結(jié)修正：實(shí)驗(yàn)表明，由于液膜表面波動(dòng)，凝結(jié)換熱得到強(qiáng)化，因此，實(shí)驗(yàn)值比上述得理論值高換熱得到強(qiáng)化，因此，實(shí)驗(yàn)值比上述得理論值高2020左右左右1/ 423llVlswgrh1.13l(tt ) 修正后：修正后：各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式（4 4）當(dāng)是水平圓管及

24、球表面上的層流膜狀凝結(jié)時(shí)，）當(dāng)是水平圓管及球表面上的層流膜狀凝結(jié)時(shí)，其平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：其平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為： 1/ 423llHlswgrh0.729d(tt ) 1/ 423llSlswgrh0.826d(tt ) 水平管：水平管：球：球：橫管與豎管的對(duì)流換熱系數(shù)之比：橫管與豎管的對(duì)流換熱系數(shù)之比：4177. 0 dlhhVH各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式2 2 膜層中凝結(jié)液的流動(dòng)狀態(tài)膜層中凝結(jié)液的流動(dòng)狀態(tài) 20Re 1600Rec無(wú)波動(dòng)層流無(wú)波動(dòng)層流有波動(dòng)層流有波動(dòng)層流湍流湍流凝結(jié)液體流動(dòng)也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)凝結(jié)液體流動(dòng)也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)仍然時(shí)仍然時(shí)ReRe，

25、elduRe式中：式中： u ul l 為為 x = lx = l 處液膜層的平均流速；處液膜層的平均流速；de de 為該截面處液膜層的當(dāng)量直徑。為該截面處液膜層的當(dāng)量直徑。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式ecd4A / P4b/ b4lml4u4qReswmlh(tt )lrqsw4hl( tt)Rerrl對(duì)水平管，用對(duì)水平管，用 代替上式中的代替上式中的 即可。即可。并且橫管一般都處于層流狀態(tài)并且橫管一般都處于層流狀態(tài)如圖如圖由熱平衡由熱平衡所以所以各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式3 3 湍流膜狀凝結(jié)換熱湍流膜狀凝結(jié)換熱實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明： （ 1

26、1 ）膜層雷諾數(shù)）膜層雷諾數(shù) Re=1600 Re=1600 時(shí)，液膜由層流轉(zhuǎn)時(shí)，液膜由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪髯優(yōu)槲闪?； （ 2 2 ）橫管均在層流范圍內(nèi)，因?yàn)楣軓捷^小。）橫管均在層流范圍內(nèi)，因?yàn)楣軓捷^小。 特征特征 : :對(duì)于紊流液膜，熱量的傳遞：（對(duì)于紊流液膜，熱量的傳遞：（ 1 1 ）靠近壁）靠近壁面極薄的層流底層依靠導(dǎo)熱方式傳遞熱量；（面極薄的層流底層依靠導(dǎo)熱方式傳遞熱量；（ 2 2 ）層流底層以外的紊流層以紊流傳遞的熱量為主。因?qū)恿鞯讓右酝獾奈闪鲗右晕闪鱾鬟f的熱量為主。因此，紊流液膜換熱遠(yuǎn)大于層流液膜換熱。此，紊流液膜換熱遠(yuǎn)大于層流液膜換熱。 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式計(jì)算方法：對(duì)

27、于豎壁湍流膜狀換熱，沿整個(gè)計(jì)算方法：對(duì)于豎壁湍流膜狀換熱，沿整個(gè)壁面上的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)壁面上的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ccltxxhhh1ll式中：式中：h hl l為層流段的傳熱系數(shù)；為層流段的傳熱系數(shù)；h ht t為湍流段的傳熱系數(shù)；為湍流段的傳熱系數(shù)； x xc c為層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的高度為層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的高度 l l為豎壁的總高度為豎壁的總高度各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式1 / 31 / 41 / 23 / 4wssReNuGaPr58 Pr(Re253 )9200Pr利用上面思想，整理的利用上面思想，整理的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：式中：式中： 。除。除 用壁溫用壁溫 計(jì)

28、算外，其余物理量的定性溫度均為計(jì)算外，其余物理量的定性溫度均為N uhl /;32Gagl/wPrwtst。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式二、影響膜狀凝結(jié)的因素二、影響膜狀凝結(jié)的因素 工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過(guò)程往往比較復(fù)雜，受各種工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過(guò)程往往比較復(fù)雜，受各種因素的影響。因素的影響。1. 1. 不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體 不凝結(jié)氣體增加了傳遞過(guò)程的阻力，同時(shí)使飽和溫度下不凝結(jié)氣體增加了傳遞過(guò)程的阻力，同時(shí)使飽和溫度下 降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力t 。2. 2. 蒸蒸氣氣流流速速 流流速速較較高高時(shí)，時(shí)，蒸蒸氣氣流流對(duì)對(duì)液液膜膜表表面面產(chǎn)產(chǎn)生生模模型型的的

29、粘粘滯滯應(yīng)應(yīng)力。力。 如如果果蒸蒸氣氣流流動(dòng)動(dòng)與與液液膜膜向向下下的的流流動(dòng)動(dòng)同同向向時(shí)，時(shí)，使使液液膜膜拉拉薄，薄， 增增大；大；反反之之使使 減減小。小。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 4. 4. 液膜過(guò)冷度及溫度分布的非線性液膜過(guò)冷度及溫度分布的非線性 如果考慮過(guò)冷度及溫度分布的實(shí)際情況，要用下式代如果考慮過(guò)冷度及溫度分布的實(shí)際情況，要用下式代替計(jì)算公式中的替計(jì)算公式中的 ， 5. 5. 管子排數(shù)管子排數(shù) 管束的幾何布置、流體物性都會(huì)影響凝結(jié)換熱。管束的幾何布置、流體物性都會(huì)影響凝結(jié)換熱。 前面推導(dǎo)的橫管凝結(jié)換熱的公式只適用于單根橫管。前面推導(dǎo)的橫管凝結(jié)換熱的公式只適用于單根橫管。r

30、pswrr0.68c ( tt) 3. 3. 過(guò)熱蒸氣過(guò)熱蒸氣 要考慮過(guò)熱蒸氣與飽和液的焓差。要考慮過(guò)熱蒸氣與飽和液的焓差。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 6. 6. 管內(nèi)冷凝管內(nèi)冷凝 此時(shí)換熱與蒸氣的流速關(guān)系很大。此時(shí)換熱與蒸氣的流速關(guān)系很大。 蒸氣流速低時(shí)，凝結(jié)液主要在管子底部，蒸氣則位于蒸氣流速低時(shí)，凝結(jié)液主要在管子底部，蒸氣則位于 管子上半部。管子上半部。 流速較高時(shí)，形成環(huán)狀流動(dòng)，凝結(jié)液均勻分布在管子流速較高時(shí)，形成環(huán)狀流動(dòng)，凝結(jié)液均勻分布在管子 四周，中心為蒸氣核。四周，中心為蒸氣核。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 7. 7. 凝結(jié)表面的幾何形狀凝結(jié)表面的幾何形狀v強(qiáng)化凝結(jié)

31、換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面強(qiáng)化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度。上的液膜的厚度。v可用各種帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉可用各種帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝結(jié)的液體盡快從換熱表面上排泄薄，或者使已凝結(jié)的液體盡快從換熱表面上排泄掉。掉。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式第四節(jié)第四節(jié) 液體沸騰換熱液體沸騰換熱沸騰的定義：沸騰指液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡沸騰的定義：沸騰指液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡的汽化過(guò)程稱(chēng)為沸騰。的汽化過(guò)程稱(chēng)為沸騰。 沸騰的特點(diǎn)沸騰的特點(diǎn) 1 1 ）液體汽化吸收大量的汽化潛熱；）液體汽化吸收大量

32、的汽化潛熱；2 2 ）由于汽泡形成和脫離時(shí)帶走熱量，使加熱表）由于汽泡形成和脫離時(shí)帶走熱量，使加熱表面不斷受到冷流體的沖刷和強(qiáng)烈的擾動(dòng)，所以沸面不斷受到冷流體的沖刷和強(qiáng)烈的擾動(dòng)，所以沸騰換熱強(qiáng)度遠(yuǎn)大于無(wú)相變的換熱。騰換熱強(qiáng)度遠(yuǎn)大于無(wú)相變的換熱。 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式沸騰換熱分類(lèi)：沸騰換熱分類(lèi)： 1 1 ）大容器沸騰（池內(nèi)沸騰）大容器沸騰（池內(nèi)沸騰） ； 2 2 ）強(qiáng)制對(duì)流沸騰（管內(nèi)沸騰）強(qiáng)制對(duì)流沸騰（管內(nèi)沸騰）上述每種又分為過(guò)冷沸騰和飽和沸騰。上述每種又分為過(guò)冷沸騰和飽和沸騰。產(chǎn)生沸騰的條件：產(chǎn)生沸騰的條件： 理論分析與實(shí)驗(yàn)證明，產(chǎn)生沸騰的條件：理論分析與實(shí)驗(yàn)證明，產(chǎn)生沸騰的條件

33、： 1 1）液體必須過(guò)熱；）液體必須過(guò)熱； 2 2）要有汽化核心）要有汽化核心 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式一、一、 大容器飽和沸騰曲線大容器飽和沸騰曲線 （1 1）大容器沸騰）大容器沸騰 定義：指加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中定義：指加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰稱(chēng)為大容器沸騰。所發(fā)生的沸騰稱(chēng)為大容器沸騰。 特點(diǎn)：產(chǎn)生的氣泡能自由浮升，穿過(guò)液體自由面特點(diǎn)：產(chǎn)生的氣泡能自由浮升，穿過(guò)液體自由面進(jìn)入容器空間。進(jìn)入容器空間。 （2 2）飽和沸騰）飽和沸騰 定義：液體主體溫度達(dá)到飽和溫度定義：液體主體溫度達(dá)到飽和溫度 ，壁面溫度，壁面溫度 高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰稱(chēng)為飽和沸

34、騰。高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰稱(chēng)為飽和沸騰。 特點(diǎn)特點(diǎn) : : 隨著壁面過(guò)熱度的增高，出現(xiàn)隨著壁面過(guò)熱度的增高，出現(xiàn) 4 4 個(gè)換熱個(gè)換熱規(guī)律全然不同的區(qū)域。規(guī)律全然不同的區(qū)域。 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式（3 3）過(guò)冷沸騰）過(guò)冷沸騰 指液體主體溫度低于相應(yīng)壓力下飽和溫度，指液體主體溫度低于相應(yīng)壓力下飽和溫度，壁面溫度大于該飽和溫度所發(fā)生的沸騰換熱，稱(chēng)過(guò)壁面溫度大于該飽和溫度所發(fā)生的沸騰換熱，稱(chēng)過(guò)冷沸騰。冷沸騰。 （4 4）大容器飽和沸騰曲線：）大容器飽和沸騰曲線： 表征了大容器飽和沸騰的全部過(guò)程，共包括表征了大容器飽和沸騰的全部過(guò)程，共包括4 4個(gè)換熱規(guī)律不同的階段：自然對(duì)流、核態(tài)沸騰

35、、過(guò)個(gè)換熱規(guī)律不同的階段：自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，如圖所示：渡沸騰和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，如圖所示：各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式qmaxqmin各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式如圖如圖 6-11 6-11 所示，橫坐標(biāo)為壁面過(guò)熱度（對(duì)數(shù)坐所示，橫坐標(biāo)為壁面過(guò)熱度（對(duì)數(shù)坐標(biāo)）；縱坐標(biāo)為熱流密度（算術(shù)密度）。標(biāo)）；縱坐標(biāo)為熱流密度（算術(shù)密度）。 從曲線變化規(guī)律可知：隨壁面過(guò)熱度的增大，區(qū)從曲線變化規(guī)律可知：隨壁面過(guò)熱度的增大，區(qū)段段、將整個(gè)曲線分成四個(gè)特定的換將整個(gè)曲線分成四個(gè)特定的換熱過(guò)程，其特性如下：熱過(guò)程，其特性如下： 1 1 ）單相自然對(duì)流段（液面汽化段）單相自然對(duì)流段

36、（液面汽化段） 壁面過(guò)熱度小時(shí)（圖中壁面過(guò)熱度小時(shí)（圖中 ）沸騰尚未開(kāi)始，）沸騰尚未開(kāi)始，換熱服從單相自然對(duì)流規(guī)律。換熱服從單相自然對(duì)流規(guī)律。4t各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式2 2 ）核態(tài)沸騰（飽和沸騰）核態(tài)沸騰（飽和沸騰） 隨著隨著 的上升，在加熱面的一些特定點(diǎn)上開(kāi)的上升，在加熱面的一些特定點(diǎn)上開(kāi)始出現(xiàn)汽化核心，并隨之形成汽泡，該特定點(diǎn)稱(chēng)始出現(xiàn)汽化核心，并隨之形成汽泡，該特定點(diǎn)稱(chēng)為起始沸點(diǎn)。其特點(diǎn)是：為起始沸點(diǎn)。其特點(diǎn)是： t開(kāi)始階段，汽化核心產(chǎn)生的汽泡互不干擾，開(kāi)始階段，汽化核心產(chǎn)生的汽泡互不干擾，稱(chēng)為孤立汽泡區(qū)；稱(chēng)為孤立汽泡區(qū)； 隨著隨著 的上升，汽化核心增加，生成的汽的上升，汽化

37、核心增加，生成的汽泡數(shù)量增加，汽泡互相影響并合成汽塊及汽柱，泡數(shù)量增加，汽泡互相影響并合成汽塊及汽柱，稱(chēng)為相互影響區(qū)。稱(chēng)為相互影響區(qū)。 t各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式隨著隨著 的增大，的增大， q q 增大，當(dāng)增大，當(dāng) 增大到一定增大到一定值時(shí)，值時(shí)， q q 增加到最大值增加到最大值 ，汽泡擾動(dòng)劇烈，汽化，汽泡擾動(dòng)劇烈，汽化核心對(duì)換熱起決定作用，則稱(chēng)該段為核態(tài)沸騰核心對(duì)換熱起決定作用，則稱(chēng)該段為核態(tài)沸騰（泡狀沸騰）。（泡狀沸騰）。 t其特點(diǎn)：溫壓小，換熱強(qiáng)度大，其終點(diǎn)的熱流密其特點(diǎn)：溫壓小，換熱強(qiáng)度大，其終點(diǎn)的熱流密度度 q q 達(dá)最大值達(dá)最大值 。工業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用該段。工業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用該

38、段。 t各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 3 3 ）過(guò)渡沸騰）過(guò)渡沸騰 從峰值點(diǎn)進(jìn)一步提高從峰值點(diǎn)進(jìn)一步提高 ，熱流密度，熱流密度 q q 減??；減小；當(dāng)當(dāng) 增大到一定值時(shí)，熱流密度減小到增大到一定值時(shí)，熱流密度減小到 ，這一，這一階段稱(chēng)為過(guò)渡沸騰。該區(qū)段的特點(diǎn)是屬于不穩(wěn)定階段稱(chēng)為過(guò)渡沸騰。該區(qū)段的特點(diǎn)是屬于不穩(wěn)定過(guò)程。過(guò)程。 tminq原因：汽泡的生長(zhǎng)速度大于汽泡躍離加熱面的原因：汽泡的生長(zhǎng)速度大于汽泡躍離加熱面的速度，使汽泡聚集覆蓋在加熱面上，形成一層速度，使汽泡聚集覆蓋在加熱面上，形成一層蒸汽膜，而蒸汽排除過(guò)程惡化，致使蒸汽膜，而蒸汽排除過(guò)程惡化，致使 q m q m 下降。下降。 各

39、種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式4 4 ）穩(wěn)定膜態(tài)沸騰）穩(wěn)定膜態(tài)沸騰 從從 開(kāi)始，隨著開(kāi)始，隨著 的上升，氣泡生長(zhǎng)速的上升，氣泡生長(zhǎng)速度與躍離速度趨于平衡。此時(shí)，在加熱面上形成穩(wěn)度與躍離速度趨于平衡。此時(shí)，在加熱面上形成穩(wěn)定的蒸汽膜層，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)律地脫離膜層，致定的蒸汽膜層，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)律地脫離膜層，致使使 上升時(shí)，熱流密度上升時(shí)，熱流密度 q q 上升，此階段稱(chēng)為穩(wěn)上升，此階段稱(chēng)為穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。定膜態(tài)沸騰。 minqtt各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 其特點(diǎn)：其特點(diǎn)：（ 1 1 ）汽膜中的熱量傳遞不僅有導(dǎo)熱，而且有對(duì)流；）汽膜中的熱量傳遞不僅有導(dǎo)熱，而且有對(duì)流； （ 2 2 ）輻射

40、熱量隨著）輻射熱量隨著 的加大而劇增，使熱流密度大的加大而劇增，使熱流密度大大增加；大增加； （ 3 3 ）在物理上與膜狀凝結(jié)具有共同點(diǎn)：前者熱量必）在物理上與膜狀凝結(jié)具有共同點(diǎn)：前者熱量必須穿過(guò)熱阻大須穿過(guò)熱阻大 的汽膜；后者熱量必須穿過(guò)熱阻相的汽膜；后者熱量必須穿過(guò)熱阻相對(duì)較小的液膜。對(duì)較小的液膜。 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式幾點(diǎn)說(shuō)明：幾點(diǎn)說(shuō)明：（1 1）上述熱流密度的峰值）上述熱流密度的峰值q qmaxmax 有重大意義，稱(chēng)為有重大意義，稱(chēng)為臨界熱流密度，亦稱(chēng)燒毀點(diǎn)。一般用核態(tài)沸騰臨界熱流密度，亦稱(chēng)燒毀點(diǎn)。一般用核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點(diǎn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)DNBDNB作為監(jiān)視接近作為監(jiān)視接近q qmax

41、max的警戒。這一點(diǎn)對(duì)的警戒。這一點(diǎn)對(duì)熱流密度可控和溫度可控的兩種情況都非常重?zé)崃髅芏瓤煽睾蜏囟瓤煽氐膬煞N情況都非常重要。要。（2 2）對(duì)穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，因?yàn)闊崃勘仨毚┻^(guò)的是熱）對(duì)穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，因?yàn)闊崃勘仨毚┻^(guò)的是熱阻較大的汽膜，所以換熱系數(shù)比凝結(jié)小得多。阻較大的汽膜，所以換熱系數(shù)比凝結(jié)小得多。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式二、汽化核心的分析二、汽化核心的分析 (1) (1) 汽泡的成長(zhǎng)過(guò)程汽泡的成長(zhǎng)過(guò)程 實(shí)驗(yàn)表明，通常情況下，沸騰時(shí)汽泡只發(fā)生在實(shí)驗(yàn)表明，通常情況下，沸騰時(shí)汽泡只發(fā)生在加熱面的某些點(diǎn)，而不是整個(gè)加熱面上，這些加熱面的某些點(diǎn)，而不是整個(gè)加熱面上，這些產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)被稱(chēng)為汽化核心，

42、較普遍的看法產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)被稱(chēng)為汽化核心，較普遍的看法認(rèn)為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留氣體，是最認(rèn)為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留氣體，是最好的汽化核心，如圖所示。好的汽化核心，如圖所示。各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式(2) (2) 汽泡的存在條件汽泡的存在條件 汽泡半徑汽泡半徑R R必須滿足下列條件才能存活必須滿足下列條件才能存活( (克拉貝龍克拉貝龍方程方程) )(2minswvsttrTRR式中：式中： 表面張力，表面張力，N/m；r 汽化潛熱，汽化潛熱，J/kg v 蒸汽密度，蒸汽密度，kg/m3；tw 壁面溫度，壁面溫度， C ts 對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度

43、，對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度， C可見(jiàn)，可見(jiàn)， (t(tw w t ts s ) ) , R , Rminmin 同一加熱面上，稱(chēng)為汽化同一加熱面上，稱(chēng)為汽化核心的凹穴數(shù)量增加核心的凹穴數(shù)量增加 汽化核心數(shù)增加汽化核心數(shù)增加 換熱增強(qiáng)換熱增強(qiáng)各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式三、沸騰換熱計(jì)算三、沸騰換熱計(jì)算式式 沸騰換熱也是對(duì)流換熱的一種，因此，沸騰換熱也是對(duì)流換熱的一種，因此，牛牛頓冷卻公式仍然適用頓冷卻公式仍然適用，即，即thtthqsw)(但對(duì)于沸騰換熱的但對(duì)于沸騰換熱的h h卻又許多不同的計(jì)算公式卻又許多不同的計(jì)算公式各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 四、大容器飽和核態(tài)沸騰四、大容器飽和核

44、態(tài)沸騰 影響核態(tài)沸騰的因素主要是過(guò)熱度和汽化核影響核態(tài)沸騰的因素主要是過(guò)熱度和汽化核心數(shù)，而汽化核心數(shù)受表面材料、表面狀況、壓心數(shù)，而汽化核心數(shù)受表面材料、表面狀況、壓力等因素的支配，所以沸騰換熱的情況液比較復(fù)力等因素的支配，所以沸騰換熱的情況液比較復(fù)雜，導(dǎo)致了個(gè)計(jì)算公式分歧較大。目前存在兩種雜，導(dǎo)致了個(gè)計(jì)算公式分歧較大。目前存在兩種計(jì)算是：計(jì)算是：（ 1 1 ）針對(duì)一種液體的計(jì)算公式；）針對(duì)一種液體的計(jì)算公式； （ 2 2 ）廣泛適用于各種液體的計(jì)算式；）廣泛適用于各種液體的計(jì)算式； 各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式（1 1）適用于水的米海耶夫計(jì)算式）適用于水的米海耶夫計(jì)算式 Pa6510

45、410 在在 壓力下大容器飽和沸騰計(jì)算式：壓力下大容器飽和沸騰計(jì)算式： 5 . 033. 21ptCh)(122. 033. 35 . 01KNmWC按按 thq15. 07 . 02pqCh )(533. 015. 03 . 03 . 02KNmWC各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式（2 2 ）適用于各種液體的計(jì)算式）適用于各種液體的計(jì)算式: : 既然沸騰換熱也屬于對(duì)流換熱，那么，既然沸騰換熱也屬于對(duì)流換熱，那么，st = f st = f ( Re, Pr )( Re, Pr )也應(yīng)該適用。羅森諾正是在這種思路也應(yīng)該適用。羅森諾正是在這種思路下，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出了如下實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：下，通過(guò)大

46、量實(shí)驗(yàn)得出了如下實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：33. 0)(PrvllwlslplgrqCrtc各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式上式可以改寫(xiě)為：上式可以改寫(xiě)為：321Pr)(slwlplvllrCtCgrq 對(duì)于制冷介質(zhì)而言，以下的對(duì)于制冷介質(zhì)而言，以下的庫(kù)珀（庫(kù)珀（CooperCooper）公）公式式目前得到廣泛的應(yīng)用：目前得到廣泛的應(yīng)用： mprmrrRmKmWCppMCqhlg2 . 012. 0)/(90)lg(66. 033. 055. 05 . 067. 0各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式其中：其中： 為液體的相對(duì)分子質(zhì)量；為液體的相對(duì)分子質(zhì)量； 為對(duì)比壓力（液體壓力與該流體的臨界壓力為對(duì)比壓力

47、（液體壓力與該流體的臨界壓力之比）；之比）； 為表面平均粗糙度，（對(duì)一般工業(yè)用管材表為表面平均粗糙度，（對(duì)一般工業(yè)用管材表面，為面，為0.30.40.30.4）；）； 為熱流密度。為熱流密度。rMrPpRq各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 五、大容器沸騰的臨界熱流密度五、大容器沸騰的臨界熱流密度 對(duì)于大容器沸騰的臨界熱流密度的對(duì)于大容器沸騰的臨界熱流密度的計(jì)算，推薦采用如下半經(jīng)驗(yàn)公式：計(jì)算，推薦采用如下半經(jīng)驗(yàn)公式：4121max)(24vlvgrq各種對(duì)流換熱過(guò)程的特征及其計(jì)算公式 六、大容器膜態(tài)沸騰的關(guān)聯(lián)式六、大容器膜態(tài)沸騰的關(guān)聯(lián)式（1 1）橫管的膜態(tài)沸騰）橫管的膜態(tài)沸騰413)()(62. 0swvvvlvttdgrh 式中，除了式中，除了r r 和和 l l 的值由飽和溫度的值由飽和溫度 t ts s 決定外，其決定外，其余物性均以平均溫度余物性均以平均溫度 t tm m ( t