凝結(jié)與沸騰換熱

1、1第六章第六章 凝結(jié)與沸騰換熱凝結(jié)與沸騰換熱高等傳熱學(xué)高等傳熱學(xué)2第五章我們分析了無(wú)相變的對(duì)流換熱，包括強(qiáng)制對(duì)第五章我們分析了無(wú)相變的對(duì)流換熱，包括強(qiáng)制對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱流換熱和自然對(duì)流換熱下面我們即將遇到的是有相變的對(duì)流換熱，也稱(chēng)之為下面我們即將遇到的是有相變的對(duì)流換熱，也稱(chēng)之為相變換熱相變換熱，目前涉及的是，目前涉及的是凝結(jié)凝結(jié)換熱和換熱和沸騰沸騰換熱兩種。換熱兩種。相變換熱的相變換熱的特點(diǎn)特點(diǎn)：由于有潛熱釋放和相變過(guò)程的復(fù)：由于有潛熱釋放和相變過(guò)程的復(fù)雜性，比單相對(duì)流換熱更復(fù)雜，因此，目前，工程雜性，比單相對(duì)流換熱更復(fù)雜，因此，目前，工程上也只能助于經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。上也只能助于

2、經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。36-1 6-1 凝結(jié)換熱凝結(jié)換熱凝結(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)和珠狀凝結(jié)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)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膜狀凝結(jié)理論膜狀凝結(jié)理論凝結(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

3、其他的工業(yè)應(yīng)用過(guò)程4凝結(jié)換熱中的重要參數(shù)凝結(jié)換熱中的重要參數(shù) 蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差（蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差（t ts s - t- tw w） 汽化潛熱汽化潛熱 r r 特征尺度特征尺度 其他標(biāo)準(zhǔn)的熱物理性質(zhì)，如動(dòng)力粘度、導(dǎo)熱系其他標(biāo)準(zhǔn)的熱物理性質(zhì)，如動(dòng)力粘度、導(dǎo)熱系 數(shù)、比熱容等數(shù)、比熱容等51 凝結(jié)過(guò)程凝結(jié)過(guò)程 膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)沿整個(gè)壁面形成一層薄膜，并且在重力沿整個(gè)壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出的汽化潛熱必的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過(guò)液膜，因此，液膜厚度直接影響須通過(guò)液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。了熱量傳遞。珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)當(dāng)凝結(jié)液

4、體不能很好的浸潤(rùn)壁面時(shí)，則在壁面當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的浸潤(rùn)壁面時(shí)，則在壁面上形成許多小液珠，此時(shí)壁面的部分表面與蒸上形成許多小液珠，此時(shí)壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)）（可能大幾倍，甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)）gswttgswtt6雖然珠狀凝結(jié)換熱遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)，但可惜的是，珠狀凝雖然珠狀凝結(jié)換熱遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)，但可惜的是，珠狀凝結(jié)很難保持，因此，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大多屬結(jié)很難保持，因此，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大多屬于膜狀凝結(jié)，因此，教材中只簡(jiǎn)單介紹了膜狀凝結(jié)于膜狀凝結(jié)，因此，教材中只簡(jiǎn)單介紹了膜狀凝

5、結(jié)2 2 純凈飽和蒸汽層流膜狀凝結(jié)換熱的分析純凈飽和蒸汽層流膜狀凝結(jié)換熱的分析1916年，年，nusselt提出的簡(jiǎn)單膜狀凝結(jié)換熱分析是近代膜狀提出的簡(jiǎn)單膜狀凝結(jié)換熱分析是近代膜狀凝結(jié)理論和傳熱分析的基礎(chǔ)。自凝結(jié)理論和傳熱分析的基礎(chǔ)。自1916年以來(lái)，各種修正或年以來(lái)，各種修正或發(fā)展都是針對(duì)發(fā)展都是針對(duì)nusselt分析的限制性假設(shè)而進(jìn)行了，并形成分析的限制性假設(shè)而進(jìn)行了，并形成了各種實(shí)用的計(jì)算方法。所以，我們首先得了解了各種實(shí)用的計(jì)算方法。所以，我們首先得了解nusselt對(duì)對(duì)純凈飽和蒸汽膜狀凝結(jié)換熱的分析。純凈飽和蒸汽膜狀凝結(jié)換熱的分析。假定假定：1）常物性；）常物性；2）蒸氣靜止；）蒸氣

6、靜止；3）液膜的慣性力忽略；）液膜的慣性力忽略；4）氣液界面上無(wú)溫差，即液膜溫度等于飽和溫度；）氣液界面上無(wú)溫差，即液膜溫度等于飽和溫度；5）膜）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱；內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱；6）液膜的過(guò)冷度）液膜的過(guò)冷度忽略；忽略； 7）忽略蒸汽密度；）忽略蒸汽密度；8）液膜表面平整無(wú)波動(dòng)）液膜表面平整無(wú)波動(dòng)7g)(xm t(y)u(y)thermal boundary layersvelocity boundary layersswtt微元控制體邊界層微分方程組：邊界層微分方程組：2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll下腳標(biāo)下

7、腳標(biāo) l 表示液相表示液相x8考慮（考慮（3）液膜的慣性力忽略）液膜的慣性力忽略 2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll0)(yuvxuul考慮（考慮（5 5） 膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱 考慮（考慮（7 7）忽）忽略蒸汽密度略蒸汽密度0dxdp0ytvxtu002222ytayuglll只有只有u u 和和 t t 兩個(gè)未知量，于兩個(gè)未知量，于是，上面得方程組化簡(jiǎn)為：是，上面得方程組化簡(jiǎn)為：9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

8、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10(2) (2) 局部對(duì)流換熱系數(shù)局部對(duì)流換熱系數(shù)1 / 423llxlswgrh4( 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) (3) (3) 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)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化，因此，實(shí)驗(yàn)值比上述得理論值高2020左右左右1/ 423llvl

9、swgrh1.13l(tt ) 修正后：修正后：定性溫度：定性溫度：2wsmttt注意：注意：r 按按 ts 確定確定111)(wspttcrja時(shí)，慣性力項(xiàng)和液膜過(guò)冷度時(shí)，慣性力項(xiàng)和液膜過(guò)冷度的影響均可忽略。的影響均可忽略。對(duì)于傾斜壁，則用對(duì)于傾斜壁，則用 gsingsin 代替以上各式中的代替以上各式中的 g g 即可即可另外，除了對(duì)波動(dòng)的修正外，其他假設(shè)也有人做了相關(guān)的另外，除了對(duì)波動(dòng)的修正外，其他假設(shè)也有人做了相關(guān)的研究，如當(dāng)研究，如當(dāng) 并且，并且，1pr (4) (4) 水平圓管水平圓管努塞爾的理論分析可推廣到水平圓管及球表面上的層流努塞爾的理論分析可推廣到水平圓管及球表面上的層流膜

10、狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)1/ 423llhlswgrh0.729d(tt ) 1/ 423llslswgrh0.826d(tt ) 式中：下標(biāo)式中：下標(biāo)“ “ h ”h ”表示水平管，表示水平管，“ “ s ”s ”表示球表示球; d ; d 為水為水 平管或球的直徑。平管或球的直徑。定性溫度與前面的公式相同定性溫度與前面的公式相同12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：4177.0dlhhvghg3 3 邊界層內(nèi)的流態(tài)邊界層內(nèi)的流態(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

11、時(shí)且其判斷依據(jù)仍然時(shí)rere，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。13如圖如圖由熱平衡由熱平衡所以所以對(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。ecd4a / p4b/ b4lml4u4qreswmlh(tt )lrqsw4hl( tt)rerrl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)144 4 湍流膜狀凝結(jié)換熱湍流膜狀凝結(jié)換熱液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)可定為液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)可定為1600。橫管因。

12、橫管因直徑較小，實(shí)踐上均在層流范圍。直徑較小，實(shí)踐上均在層流范圍。對(duì)湍流液膜，除了靠近壁面的層流底層仍依靠導(dǎo)熱來(lái)傳遞對(duì)湍流液膜，除了靠近壁面的層流底層仍依靠導(dǎo)熱來(lái)傳遞熱量外，層流底層之外以湍流傳遞為主，換熱大為增強(qiáng)熱量外，層流底層之外以湍流傳遞為主，換熱大為增強(qiáng)對(duì)對(duì)豎壁的湍流凝結(jié)換熱豎壁的湍流凝結(jié)換熱，其沿整個(gè)壁面的，其沿整個(gè)壁面的平均表面?zhèn)鳠崞骄砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)系數(shù)計(jì)算式為：計(jì)算式為：ccltxxhhh1ll式中：式中：hl 為層流段的傳熱系數(shù)；為層流段的傳熱系數(shù)； ht 為湍流段的傳熱系數(shù)；為湍流段的傳熱系數(shù)； xc 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 為豎壁的總

13、高度為豎壁的總高度151 / 31 / 41 / 23 / 4wssrenugapr58 pr(re253 )9200pr利用上面思想，整理的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：利用上面思想，整理的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：式中：式中： 。除。除 用壁溫用壁溫 計(jì)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。166-3 6-3 影響膜狀凝結(jié)的因素影響膜狀凝結(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

14、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ht 。2. 2. 蒸氣流速蒸氣流速 流速較高時(shí)，蒸氣流對(duì)液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。流速較高時(shí)，蒸氣流對(duì)液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。 如果蒸氣流動(dòng)與液膜向下的流動(dòng)同向時(shí)，使液膜拉薄，如果蒸氣流動(dòng)與液膜向下的流動(dòng)同向時(shí)，使液膜拉薄， 增大；反之使增大；反之使 減小。減小。h17 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，要用下式代替如果考慮過(guò)冷度及溫度分布的實(shí)際情況，要用下式代替 計(jì)算公式中的計(jì)算公式中的 ， 5. 5. 管子排數(shù)管子排數(shù)

15、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。rpswrr0.68c ( 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。18 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

16、均勻分布在管子 四周，中心為蒸氣核。四周，中心為蒸氣核。19 7. 凝結(jié)表面的幾何形狀凝結(jié)表面的幾何形狀n強(qiáng)化凝結(jié)換熱的原則是強(qiáng)化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度。面上的液膜的厚度。n可用各種帶有尖峰可用各種帶有尖峰 的表面使在其上冷的表面使在其上冷 凝的液膜拉薄，或凝的液膜拉薄，或 者使已凝結(jié)的液體者使已凝結(jié)的液體 盡快從換熱表面上盡快從換熱表面上 排泄掉。排泄掉。206-4 沸騰換熱現(xiàn)象沸騰換熱現(xiàn)象 蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐 做飯做飯 許多其它的工業(yè)過(guò)程許多其它的工業(yè)過(guò)程1 生活中的例子生活中的例子定義定義：a 沸騰：沸騰：工質(zhì)內(nèi)部形成大量氣泡并由液態(tài)轉(zhuǎn)換到

17、氣態(tài)的一工質(zhì)內(nèi)部形成大量氣泡并由液態(tài)轉(zhuǎn)換到氣態(tài)的一種劇烈的汽化過(guò)程種劇烈的汽化過(guò)程 b 沸騰換熱：沸騰換熱：指工質(zhì)通過(guò)氣泡運(yùn)動(dòng)帶走熱量，并使其冷卻指工質(zhì)通過(guò)氣泡運(yùn)動(dòng)帶走熱量，并使其冷卻的一種傳熱方式的一種傳熱方式3 分類(lèi)分類(lèi)沸騰的分類(lèi)很多，書(shū)中僅介紹了常見(jiàn)的大容器沸騰的分類(lèi)很多，書(shū)中僅介紹了常見(jiàn)的大容器沸騰沸騰(池內(nèi)沸騰池內(nèi)沸騰)和強(qiáng)制對(duì)流沸騰，每種又分為和強(qiáng)制對(duì)流沸騰，每種又分為過(guò)冷沸騰和飽和沸騰。過(guò)冷沸騰和飽和沸騰。21a 大容器沸騰大容器沸騰(池內(nèi)沸騰池內(nèi)沸騰)：加熱壁面沉浸在具有自由表面的加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰；液體中所發(fā)生的沸騰；b 強(qiáng)制對(duì)流沸騰：強(qiáng)制對(duì)流沸騰

18、強(qiáng)制對(duì)流沸騰：強(qiáng)制對(duì)流沸騰加熱表面加熱表面heated surfaceliquidflowbubble flowslug flowannular flowmist flow224 汽泡動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介汽泡動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介 (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)生在加熱面的某實(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，這些產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)被稱(chēng)為些點(diǎn)，而不是整個(gè)加熱面上，這些產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)被稱(chēng)為汽汽化核心化核心，較普遍的看法認(rèn)為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留較普遍的看法認(rèn)為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留氣體，是最好的汽化核心，如圖所示。氣體，是最好的汽化核

19、心，如圖所示。c 過(guò)冷沸騰：過(guò)冷沸騰：指液體主流尚未達(dá)到飽和溫度，即處于過(guò)冷狀指液體主流尚未達(dá)到飽和溫度，即處于過(guò)冷狀態(tài)，而壁面上開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，稱(chēng)之為過(guò)冷沸騰態(tài)，而壁面上開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，稱(chēng)之為過(guò)冷沸騰d 飽和沸騰：飽和沸騰：液體主體溫度達(dá)到飽和溫度，而壁面溫度高于液體主體溫度達(dá)到飽和溫度，而壁面溫度高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰，稱(chēng)之為飽和沸騰飽和溫度所發(fā)生的沸騰，稱(chēng)之為飽和沸騰我們這本書(shū)僅介紹我們這本書(shū)僅介紹大容器大容器的的飽和沸騰飽和沸騰23(2) 汽泡的存在條件汽泡的存在條件 汽泡半徑汽泡半徑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(克拉貝龍方程克拉貝龍方程)(2minswvsttrt

20、rr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，對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度， c可見(jiàn)，可見(jiàn)， (tw ts ) , rmin 同一加熱面上，稱(chēng)為汽化核同一加熱面上，稱(chēng)為汽化核心的凹穴數(shù)量增加心的凹穴數(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)245 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，表征了大容器飽和沸騰的全部過(guò)程，共包括共包括4個(gè)換熱規(guī)律不同的階段：個(gè)換熱規(guī)律不同的階段：自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰

21、騰和和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，如圖所示：如圖所示：qmaxqmin25幾點(diǎn)說(shuō)明：幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）上述熱流密度的峰值）上述熱流密度的峰值qmax 有重大意義，稱(chēng)為臨界熱流有重大意義，稱(chēng)為臨界熱流密度，亦稱(chēng)燒毀點(diǎn)。一般用核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點(diǎn)密度，亦稱(chēng)燒毀點(diǎn)。一般用核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點(diǎn)dnb作為作為監(jiān)視接近監(jiān)視接近qmax的警戒。這一點(diǎn)對(duì)熱流密度可控和溫度的警戒。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要?？煽氐膬煞N情況都非常重要。（2）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）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。汽膜，所以換熱系數(shù)比凝結(jié)小得多。266-

22、5 沸騰換熱計(jì)算式沸騰換熱計(jì)算式沸騰換熱也是對(duì)流換熱的一種，因此，牛頓冷卻公式仍沸騰換熱也是對(duì)流換熱的一種，因此，牛頓冷卻公式仍然適用，即然適用，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1 大容器飽和核態(tài)沸騰大容器飽和核態(tài)沸騰 影響核態(tài)沸騰的因素主要是過(guò)熱度和汽化核心數(shù)，而影響核態(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、壓力等因素的支配，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)雜，導(dǎo)致了個(gè)計(jì)算公式分歧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

23、種計(jì)算是，一種是針對(duì)某一種液體，另較大。目前存在兩種計(jì)算是，一種是針對(duì)某一種液體，另一種是廣泛適用于各種液體的。一種是廣泛適用于各種液體的。27為此，書(shū)中分別推薦了兩個(gè)計(jì)算式為此，書(shū)中分別推薦了兩個(gè)計(jì)算式（1 1）對(duì)于水的大容器飽和核態(tài)沸騰，教材推薦適用米海）對(duì)于水的大容器飽和核態(tài)沸騰，教材推薦適用米海 耶夫公式，壓力范圍：耶夫公式，壓力范圍：10105 54 4 10106 6 pa pa5 .033.21ptch)(122. 033. 35 . 01knmwc按按 thq15. 07 . 02pqch )(533. 015. 03 . 03 . 02knmwc28（2）羅森諾公式）羅森諾公

24、式廣泛適用的強(qiáng)制對(duì)流換熱公式廣泛適用的強(qiáng)制對(duì)流換熱公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 ( re, pr )也應(yīng)該也應(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)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：驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：slwlcstprre33. 01式中，式中， r 汽化潛熱；汽化潛熱； cpl 飽和液體的比定壓熱容飽和液體的比定壓熱容 g 重力加速度重力加速度 l 飽和液體的動(dòng)力粘度飽和液體的動(dòng)力粘度 cwl 取決于加熱表面液體取決于加熱表面液體 組合情況的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)組合情況的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)(表表6) q 沸騰傳熱的熱流

25、密度沸騰傳熱的熱流密度 s 經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，水經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，水s = 1,否則，否則，s=1.7tcrnustplprre)(revllgrqllpllcpr29上式可以改寫(xiě)為：上式可以改寫(xiě)為：321pr)(slwlplvllrctcgrq可見(jiàn)，可見(jiàn)， ，因此，盡管有時(shí)上述計(jì)算公式得到的，因此，盡管有時(shí)上述計(jì)算公式得到的q與實(shí)與實(shí)驗(yàn)值的偏差高達(dá)驗(yàn)值的偏差高達(dá) 100，但已知，但已知q計(jì)算計(jì)算 時(shí)，則可以將偏差時(shí)，則可以將偏差縮小到縮小到 33。這一點(diǎn)在輻射換熱更為明顯。計(jì)算時(shí)必須謹(jǐn)慎。這一點(diǎn)在輻射換熱更為明顯。計(jì)算時(shí)必須謹(jǐn)慎處理熱流密度。處理熱流密度。3tqt2 大容器沸騰的臨界熱流密度大容器沸騰的臨界

26、熱流密度書(shū)中推薦適用如下經(jīng)驗(yàn)公式：書(shū)中推薦適用如下經(jīng)驗(yàn)公式：4121max)(24vlvgrq303 大容器膜態(tài)沸騰的關(guān)聯(lián)式大容器膜態(tài)沸騰的關(guān)聯(lián)式（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 和和 l 的值由飽和溫度的值由飽和溫度 ts 決定外，其余物性均以決定外，其余物性均以平均溫度平均溫度 tm ( twts ) / 2 為定性溫度，特征長(zhǎng)度為管子外為定性溫度，特征長(zhǎng)度為管子外徑徑d, 如果加熱表面為球面，則上式中的系數(shù)如果加熱表面為球面，則上式中的系數(shù)0.62改為改為0.6731勃洛姆來(lái)建議采用如下超越方程來(lái)計(jì)算：勃洛姆來(lái)建議采

27、用如下超越方程來(lái)計(jì)算：343434rchhhswswrtttth)(44其中：其中：（2）考慮熱輻射作用）考慮熱輻射作用由于膜態(tài)換熱時(shí)，壁面溫度一般較高，因此，有必要考慮熱輻射由于膜態(tài)換熱時(shí)，壁面溫度一般較高，因此，有必要考慮熱輻射換熱的影響，它的影響有兩部分，一是直接增加了換熱量，另一換熱的影響，它的影響有兩部分，一是直接增加了換熱量，另一個(gè)是增大了汽膜厚度，從而減少了換熱量。因此，必須綜合考慮個(gè)是增大了汽膜厚度，從而減少了換熱量。因此，必須綜合考慮熱輻射效應(yīng)。熱輻射效應(yīng)。326-6 6-6 影響沸騰換熱的因素影響沸騰換熱的因素沸騰換熱是我們學(xué)過(guò)的換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的，影響因素也沸騰換熱是我們

28、學(xué)過(guò)的換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的，影響因素也最多，由于我們只學(xué)習(xí)了大容器沸騰換熱，因此，影響因最多，由于我們只學(xué)習(xí)了大容器沸騰換熱，因此，影響因素也只針對(duì)大容器沸騰換熱。素也只針對(duì)大容器沸騰換熱。1 不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體 對(duì)膜狀凝結(jié)換熱的影響？對(duì)膜狀凝結(jié)換熱的影響？與膜狀凝結(jié)換熱不同，液體中的不凝結(jié)氣體會(huì)使沸騰換熱與膜狀凝結(jié)換熱不同，液體中的不凝結(jié)氣體會(huì)使沸騰換熱得到某種程度的強(qiáng)化得到某種程度的強(qiáng)化2 2 過(guò)冷度過(guò)冷度 只影響過(guò)冷沸騰，不影響飽和沸騰，因自然對(duì)流換熱時(shí)，只影響過(guò)冷沸騰，不影響飽和沸騰，因自然對(duì)流換熱時(shí)， ，因此，過(guò)冷會(huì)強(qiáng)化換熱。，因此，過(guò)冷會(huì)強(qiáng)化換熱。nfwtth)(333 液位高度液

29、位高度 當(dāng)傳熱表面上的液位足夠高當(dāng)傳熱表面上的液位足夠高時(shí)，沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)時(shí)，沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與液位高度無(wú)關(guān)。但當(dāng)液位與液位高度無(wú)關(guān)。但當(dāng)液位降低到一定值時(shí)，表面?zhèn)鳠峤档偷揭欢ㄖ禃r(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會(huì)明顯地隨液系數(shù)會(huì)明顯地隨液 位的降位的降低而升高低而升高(臨界液位臨界液位)。圖中介質(zhì)為一個(gè)圖中介質(zhì)為一個(gè) 大氣壓下的水大氣壓下的水4 重力加速度重力加速度 隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展， 超重力和微重力條件下的超重力和微重力條件下的 傳熱規(guī)律得到蓬勃發(fā)展，傳熱規(guī)律得到蓬勃發(fā)展， 但目前還遠(yuǎn)沒(méi)到成熟的地但目前還遠(yuǎn)沒(méi)到成熟的地 步，就現(xiàn)有的成果表明：步，就現(xiàn)有的成果表明：34 從從0.1 100 9.8 m/s2 的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，g對(duì)核態(tài)沸騰換熱規(guī)律沒(méi)有影對(duì)核態(tài)沸騰換熱規(guī)律沒(méi)有影響，但對(duì)自然對(duì)流換熱有影響，由于響，但對(duì)自然對(duì)流換熱有影響，由于 因此，因此，g nu 換熱加強(qiáng)。換熱加強(qiáng)。