C8凝結與沸騰換熱課件

1、C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer 特點：有相變的對流換熱，換熱過程中，流體特點：有相變的對流換熱，換熱過程中，流體都是在飽和溫度下放出或者吸收汽化潛熱，一般情都是在飽和溫度下放出或者吸收汽化潛熱，一般情況下，凝結和沸騰換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要比單相流況下，凝結和沸騰換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要比單相流體的對流換熱甚至體的對流換熱甚至幾十倍幾十倍。 其工業(yè)應用也很廣泛，如發(fā)電廠中的凝汽器、其工業(yè)應用也很廣泛，如發(fā)電廠中的凝汽器、制冷裝置中的冷凝器和蒸發(fā)器、熱管等。制冷裝置中的冷凝器和蒸發(fā)器、熱管等。C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰

2、換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer一、凝結換熱過程一、凝結換熱過程 當蒸汽與低于其相應壓力下的飽和溫度的壁面當蒸汽與低于其相應壓力下的飽和溫度的壁面接觸時，將發(fā)生凝結過程。凝結時蒸汽釋放出汽化接觸時，將發(fā)生凝結過程。凝結時蒸汽釋放出汽化潛熱并傳遞給固體壁。潛熱并傳遞給固體壁。二、分類二、分類 根據(jù)凝結液在表面上的潤濕情況，凝結換熱可根據(jù)凝結液在表面上的潤濕情況，凝結換熱可分為分為膜狀凝結膜狀凝結和和珠狀凝結珠狀凝結兩種形式。兩種形式。C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer1 1、

3、膜狀凝結、膜狀凝結 當液體能潤濕壁面時，當液體能潤濕壁面時，凝結液在壁面上形成一凝結液在壁面上形成一層完整的液膜，這種凝層完整的液膜，這種凝結形式叫膜狀凝結。結形式叫膜狀凝結。2 2、珠狀凝結、珠狀凝結 當液體不能潤濕壁面當液體不能潤濕壁面時，凝結液在壁面上形時，凝結液在壁面上形成許多液滴，這種凝結成許多液滴，這種凝結形式稱為珠狀凝結形式稱為珠狀凝結。C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer三、兩種凝結換熱方式的比較三、兩種凝結換熱方式的比較 膜狀凝結時，在壁面形成的凝結液膜阻礙蒸汽膜狀凝結時，在壁面形成的凝結液膜阻礙蒸汽與

4、壁面直接接觸，蒸汽只能在液膜表面凝結，所放與壁面直接接觸，蒸汽只能在液膜表面凝結，所放出的汽化潛熱必須通過液膜才能傳到壁面，液膜成出的汽化潛熱必須通過液膜才能傳到壁面，液膜成為膜狀凝結換熱的主要阻力，為膜狀凝結換熱的主要阻力，因此如何排除凝結液、因此如何排除凝結液、減小液膜厚度就是強化膜狀凝結換熱時考慮的減小液膜厚度就是強化膜狀凝結換熱時考慮的核心核心問題問題。 當發(fā)生珠狀凝結時，大部分的蒸汽可以與壁面當發(fā)生珠狀凝結時，大部分的蒸汽可以與壁面直接接觸凝結，所放出的汽化潛熱直接傳給壁面，直接接觸凝結，所放出的汽化潛熱直接傳給壁面，因此因此珠狀凝結換熱珠狀凝結換熱與相同條件與相同條件下的膜狀凝結換

5、熱相下的膜狀凝結換熱相比，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要大比，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要大幾倍幾倍甚至一個數(shù)量級。甚至一個數(shù)量級。 C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer2 2、分析解的結果、分析解的結果4/132943. 0wslllVttlgrh 整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 推廣應用到水平圓管外的膜狀凝結，平均表面?zhèn)魍茝V應用到水平圓管外的膜狀凝結，平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為熱系數(shù)為4/132729. 0wslllHttdgrh 注意：豎壁的計算公式同樣適用于豎圓管，比較注意：豎壁的計算公式同樣適用于豎圓管，比較圓管豎放和水平

6、放置的效果，為什么？圓管豎放和水平放置的效果，為什么？4/177. 0dlhhVHC8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat TransferC8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer3 3、分析解與實驗結果的比較、分析解與實驗結果的比較4/13213. 1wslllVttlgrh 實驗表明，在低雷諾數(shù)時，實驗表明，在低雷諾數(shù)時，分析解結果與實驗結果很好的分析解結果與實驗結果很好的相符，但當相符，但當Re20Re20后，由于液后，由于液膜表面波動，傳熱強化，實驗膜表面波動，傳熱

7、強化，實驗值比理論值高值比理論值高2020。將上式進。將上式進行修正得：行修正得：C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer 不凝結氣體不斷在液膜附近積累，使凝結過程不凝結氣體不斷在液膜附近積累，使凝結過程增加了蒸汽傳遞過程的阻力，并降低液膜表面蒸汽增加了蒸汽傳遞過程的阻力，并降低液膜表面蒸汽的分壓力，導致液膜表面的飽和溫度下降，減少了的分壓力，導致液膜表面的飽和溫度下降，減少了凝結的驅動力，傳熱系數(shù)大大減弱。電廠的凝汽器凝結的驅動力，傳熱系數(shù)大大減弱。電廠的凝汽器都有抽氣裝置，以便及時排除空氣。都有抽氣裝置，以便及時排除空氣

8、。四、四、影響膜狀凝結的因素影響膜狀凝結的因素1 1、不凝結氣體、不凝結氣體2 2、蒸汽的流速、過熱度、表面的幾何狀況等也都、蒸汽的流速、過熱度、表面的幾何狀況等也都有影響。有影響。C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer五、五、凝結換熱的強化凝結換熱的強化 通過上述分析可知，液膜的導熱熱阻是膜狀凝通過上述分析可知，液膜的導熱熱阻是膜狀凝結換熱的主要熱阻。因此，強化膜狀凝結換熱的結換熱的主要熱阻。因此，強化膜狀凝結換熱的關關鍵措施就是設法將凝結液從換熱面排走、盡可能減鍵措施就是設法將凝結液從換熱面排走、盡可能減小液膜厚度小液

9、膜厚度。例如，目前工業(yè)上由水平管束構成的。例如，目前工業(yè)上由水平管束構成的冷凝器都采用低肋管或鋸齒形肋片管，利用凝結液冷凝器都采用低肋管或鋸齒形肋片管，利用凝結液的表面張力將凝結液拉入肋間槽內，使肋端部表面的表面張力將凝結液拉入肋間槽內，使肋端部表面直接和蒸氣接觸，達到強化凝結換熱的目的。直接和蒸氣接觸，達到強化凝結換熱的目的。 C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat TransferC8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer一、沸騰換熱的分類一、沸騰換熱的分類大容器沸騰大

10、容器沸騰（或稱為池內沸騰）（或稱為池內沸騰）強制對流沸騰強制對流沸騰（主要是管內沸騰）（主要是管內沸騰）過冷沸騰：過冷沸騰：飽和沸騰飽和沸騰液體主體的溫度低于飽和溫度。液體主體的溫度低于飽和溫度。液體主體的溫度達到飽和溫度。液體主體的溫度達到飽和溫度。C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer二、大容器飽和沸騰曲線二、大容器飽和沸騰曲線 通過對水在一個大氣壓（通過對水在一個大氣壓（1.0131.01310105 5PaPa）下的）下的大容器飽和沸騰換熱過程的實驗觀察，可以畫出圖大容器飽和沸騰換熱過程的實驗觀察，可以畫出圖6-1

11、16-11所示的曲線，稱為飽和沸騰曲線。曲線的橫坐所示的曲線，稱為飽和沸騰曲線。曲線的橫坐標為加熱面的過熱度；縱坐標為熱流密度。標為加熱面的過熱度；縱坐標為熱流密度。stttwC8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat TransferC8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transferstttw ： 由核態(tài)沸騰向過渡沸騰轉折由核態(tài)沸騰向過渡沸騰轉折處的熱流密度被定為臨界熱流密度。處的熱流密度被定為臨界熱流密度。臨界熱流密度臨界熱流密度maxq確定臨界熱流密度的意義確定臨界熱流密度的意義

12、C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer三、汽化核心的分析三、汽化核心的分析 由核態(tài)沸騰的特點可由核態(tài)沸騰的特點可以看出，汽泡的生成、以看出，汽泡的生成、長大及脫離加熱面的運長大及脫離加熱面的運動對核態(tài)沸騰換熱起決動對核態(tài)沸騰換熱起決定作用。定作用。 實驗觀察和理論分析一致得出，汽泡是在加熱實驗觀察和理論分析一致得出，汽泡是在加熱面上所謂的面上所謂的汽化核心汽化核心處生成的，而形成汽化核心的處生成的，而形成汽化核心的最佳位置是加熱面上的凹縫、孔隙處，這里殘留著最佳位置是加熱面上的凹縫、孔隙處，這里殘留著微量氣體，最容易生成汽

13、泡核（即微小汽泡）。微量氣體，最容易生成汽泡核（即微小汽泡）。汽化核心示意圖C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer對單個汽泡在液體中存對單個汽泡在液體中存在的條件（滿足力的平在的條件（滿足力的平衡和熱平衡）分析可得，衡和熱平衡）分析可得，氣泡的半徑需滿足氣泡的半徑需滿足)(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 對應壓力下的飽和溫度，對應壓力下的飽和溫度， C可見，可見， (tw ts

14、) , Rmin 同一加熱面上，稱為汽化核心的凹同一加熱面上，稱為汽化核心的凹穴數(shù)量增加穴數(shù)量增加 汽化核心數(shù)增加汽化核心數(shù)增加 換熱增強換熱增強C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer二、大容器沸騰的臨界熱流密度二、大容器沸騰的臨界熱流密度書中推薦適用如下經(jīng)驗公式書中推薦適用如下經(jīng)驗公式：4121max)(24vlvgrq三、大容器膜態(tài)沸騰的關聯(lián)式三、大容器膜態(tài)沸騰的關聯(lián)式橫管的膜態(tài)沸騰橫管的膜態(tài)沸騰413)()(62.0swvvvlvttdgrhC8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat Tran

15、sferHeat Transfer343434rchhhswswrTTTTh)(44其中：其中：考慮熱輻射作用考慮熱輻射作用由于膜態(tài)換熱時，壁面溫度一般較高，因此，有必要由于膜態(tài)換熱時，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，另一個是增大了汽膜厚度，從而減接增加了換熱量，另一個是增大了汽膜厚度，從而減少了換熱量。因此，必須綜合考慮熱輻射效應。少了換熱量。因此，必須綜合考慮熱輻射效應。C8C8凝結與沸騰換熱凝結與沸騰換熱PPTPPT課件課件 Heat TransferHeat Transfer 沸騰表面上的微小凹坑最容易產(chǎn)生汽化核心，因沸騰表面上的微小凹坑最容易產(chǎn)生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，換熱就會得到強化。近此，凹坑多，汽化核心多，換熱就會得到強化。近幾十年來的強化沸騰換熱的研究主要是增加表面凹幾十年來的強化沸騰換熱的研究主要是增加表面凹坑。目前有兩種常用的手段：坑。目前有兩種常用的手段：(1) (1) 用燒結、釬焊、用燒結、釬焊、火焰噴