第19次--沸騰與凝結(jié)換熱

1、沸騰與凝結(jié)換熱沸騰與凝結(jié)換熱液體的沸騰和蒸汽的凝結(jié)均伴隨著相變，因此又稱為相變傳熱。這是一個很重要的傳熱領(lǐng)域，在許多工程中均有應(yīng)用。例如鍋爐、蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器、水冷核反應(yīng)堆等的設(shè)備中均發(fā)生相交傳熱過程。這些相變傳熱過程均與流體的流動有關(guān)，因而同屬于對流傳熱范疇。兩者的共同特點是具有很高的換熱系數(shù)，例如常壓下水沸騰的換熱系數(shù)可高速2500-25000W(m2K)，水蒸汽凝結(jié)時的亦可達5000-15000W(m2K)，可以以很小的溫差來達到很高的傳熱速率。但沸騰和凝結(jié)又是一種特殊的對流換熱過程，有各自獨特的特征。凝結(jié)換熱凝結(jié)是蒸氣(氣體)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài)的過程。實踐中經(jīng)常會遇到燕氣的凝結(jié)。在

2、蒸汽渦輪的冷凝器里蒸汽在冷卻管表面凝結(jié)。蒸氣的疑結(jié)在一些蒸發(fā)裝置以及大量的熱交換器設(shè)備中實現(xiàn)。相變時熱量的釋放與蒸氣凝結(jié)的換熱過熱密切相關(guān)。1、凝結(jié)方式：凝結(jié)既可以在蒸氣空間里，也可以在換熱冷卻表面上進行。在第一種情況下，當蒸氣相對于飽和溫度明顯過冷時，在蒸氣內(nèi)包含的冷的液體質(zhì)點或固體質(zhì)點上蒸氣可自發(fā)地形成冷凝相。在第二種情況下，當蒸氣和低于該蒸氣壓力下飽和溫度的壁面接觸時，不管蒸氣是飽和的或過熱的，都會發(fā)生蒸氣的凝結(jié)過程。2、膜狀凝結(jié)與珠狀凝結(jié)如果凝結(jié)液體能潤濕壁面，則它將在壁而上形成一層連續(xù)的液膜，這樣的凝結(jié)過程稱為膜狀凝結(jié)，如果液體不能潤濕壁面，那么將發(fā)生珠狀凝結(jié)過程。膜狀凝結(jié)過程中，蒸

3、氣的顯熱和汽化潛熱通過汽液分界面經(jīng)液膜傳紛冷卻壁面。在純飽和蒸氣凝結(jié)的情況下汽液分界面的溫度恰好是它的飽和溫度Ts。凝結(jié)只能在膜表面進行，潛熱以導(dǎo)熱和對流方式通過液膜傳遞給固體壁面。液膜形成凝結(jié)換熱的主要熱阻。當蒸汽在壁面上凝成大小不等的許多液滴時，隨著時間增加，由于繼續(xù)凝結(jié)或與其它液滴合并，小液珠變成大濃珠，并在重力作用或蒸汽流動力的推動下往下掉落，在它往下掉落的過程中，會把一路上所遇到的液滴一起帶走，在這些液珠被清掃掉的地方，蒸汽直接與壁面接觸，隨之又產(chǎn)生眾多的小波滴。珠狀凝結(jié)過程中，蒸氣部分直接將潛熱傳遞給壁面；液珠部分換熱機理與膜狀凝結(jié)相同，但液珠幾何尺寸比液膜要小得多。實驗表明，珠狀

4、凝結(jié)的換熱系數(shù)可比同樣條件下膜狀凝結(jié)的換熱系數(shù)高一個數(shù)量級。在相同的溫差下?lián)Q熱系數(shù)將增加220倍，可高達106W(m2K)。但是、工業(yè)設(shè)備很難實現(xiàn)珠狀凝結(jié)，因此幾乎所有的凝結(jié)設(shè)備均按膜狀凝結(jié)理論設(shè)計。學(xué)者們正在尋求在蒸氣中或壁面上附加某些“添加劑”，以促使珠狀凝結(jié)實現(xiàn)的方法。一、努謝爾特層流膜狀凝結(jié)理論1916年努謝爾特首先對層流膜狀凝結(jié)進行了理論上的分析，他所得出的一系列結(jié)論和實驗結(jié)果基本上是吻合的。在分析穩(wěn)態(tài)層流膜狀凝結(jié)問題，努謝爾特作了下列假設(shè)：(1)蒸氣是靜止的。圖中汽、液交界處即y處的切應(yīng)力為零，即，此處的為任一x截面上凝結(jié)液膜的總厚度。(2)忽略凝液薄膜加速度的影響，即液膜很薄，可

5、忽略液膜的慣性力。(3)任一x截面上，汽、液交界面即y處的溫度為蒸汽的飽和溫度Ts（即全部熱阻集中于凝結(jié)液膜內(nèi)）。(4)忽略膜中凝液的過冷度(實際上幾乎全部凝液的溫度小于Ts。因此，不但有部分凝結(jié)潛熱，而且有部分如cpT形式的顯焓被傳出)。(5)任一x截面上，溫度由y0處的Tw到y(tǒng)=處的Ts變化中在液膜內(nèi)按直線分布。(6)純蒸氣在壁上凝結(jié)成層流液膜，且物性為常量。現(xiàn)討論斜平壁的層流膜狀凝結(jié)。設(shè)有一斜平壁，它和水平面的夾角為，垂直于圖面方向上的長度很大，整個系統(tǒng)可看作是二維的，坐標系統(tǒng)示于右圖。平壁的壁溫Tw是常數(shù)，且低于蒸氣的飽和溫度Ts。在穩(wěn)定工況下，凝結(jié)液膜在重力作用下自壁面頂點漸次往下作

6、層流流動，由于凝結(jié)液質(zhì)流量的增加使液膜不斷增厚。假定蒸氣是靜止的飽和蒸氣，它的過熱度等于零，于是汽液分界面的溫度為Ts。由于流動是層流，同時忽略自然對流的影響，因此液膜內(nèi)部的傳熱過程是純導(dǎo)熱。1、液膜的速度分布控制容積如圖中用剖面線表示的部分，它的受力情況如下：液膜重力在x方向的分量；四周存在著蒸氣的靜壓力，并且部分由所平衡；控制容積左端有粘性力，右端粘性力為零(假定蒸氣是靜止的)。忽略了液腹運動的慣性力，即取加速度為零。于是x方向的動量方程式簡化成下列的力平衡方程式： 相應(yīng)的邊界條件是y0時u0。對上式積分后得到離壁面y處的速度：，這是拋物線分布。液膜的平均速度為：上述討論也可以直接從微分方

7、程式推導(dǎo)。根據(jù)上述假定把動量微分方程式應(yīng)用于液膜中的微元體，考慮到重力方向與坐標x（圖中y向）方向一致，在穩(wěn)態(tài)情況下，方程為： ，而在忽略慣性力后，即得到液膜運動微分方程式：上式表明，作用在微元體上的力就只有滯粘應(yīng)力和重力兩力達到平衡。上式的邊界條件是：2、凝結(jié)液流量單位壁面寬度在x處的液膜質(zhì)流量可按下式計算：它的增量是： kg/(m.s) 3、從傳熱的角度來分析凝結(jié)液質(zhì)流量的變化在dx厚度內(nèi)由于釋放汽化潛熱r而凝結(jié)的蒸氣量為dM，它就是式中凝結(jié)液質(zhì)流量的增量。凝結(jié)過程中釋放的熱量為rdMW/m，并藉液膜導(dǎo)熱傳給冷卻壁面。當液體的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)時，由熱平衡公式有（注意：假設(shè)液膜內(nèi)溫度為線性分布

8、、忽略過冷度、氣液界面溫度為飽和溫度）： 或 4、液膜厚度由式、可得：由x=0到x積分得： m5、膜狀凝結(jié)的換熱系數(shù)及努謝爾特數(shù)由于在液體的導(dǎo)熱系數(shù)等于常數(shù)的情況下液膜橫截面中的溫度為線性分布，所以：局部努謝爾特數(shù)：注意：忽略v，得如果是豎壁，則去掉sin。若考慮液體過冷度的影響，則用r替代計算式中的r，即。凝結(jié)液膜沿豎壁作層流流動時，對流換熱系數(shù)及液膜厚度沿流動方向的變化如圖所示。關(guān)于豎管凝結(jié)，只要管徑相對于液膜厚度足夠大，那么豎壁的公式同樣適用于豎管的外表面或內(nèi)表面的凝結(jié)。然而，若平壁很高，液膜積聚到一定厚度后將從層流過渡到湍流，或者在傾斜管表面凝結(jié)時液膜并不沿管表面往下流動，則以上分析得

9、出的結(jié)論就不再適用。應(yīng)該指出的是，上述層流膜狀凝結(jié)的邊界層分析解雖然提高了分析精度，但仍然忽略了某些因素的影響，例如：(1)把汽液分界面的剪應(yīng)力取作零(速度梯度等于零)；(2)忽略了界面上蒸氣速度的影響；(3)界面溫度取作蒸氣壓力下的飽和溫度，等等。因此不少學(xué)者在邊界層分析解的基礎(chǔ)上進一步考慮了這些因素的一部或全部當然，他們得到的分析解也相應(yīng)地復(fù)雜化了。麥卡達姆斯根據(jù)豎壁實驗得出的換熱系數(shù)總是高于努塞爾特分析解的數(shù)值。1954年他建議將努謝爾特公式提高20，而給出下列經(jīng)驗公式： 二、其他層流膜狀凝結(jié)1、水平圓管的層流膜狀凝結(jié)列出液膜的連續(xù)性方程、動量方程和能量方程為： 努塞爾首先研究了單根水平

10、管外側(cè)蒸汽的層流膜狀凝結(jié)，他采用了與蒸汽在豎板上層流膜狀凝結(jié)相同的分析方法，推得了下列關(guān)系式：（式中H1v為汽化潛熱r）忽略v，得：2、水平管束管外層流膜狀凝結(jié)平均換熱系數(shù)：3、水平管內(nèi)層流膜狀凝結(jié)換熱：三、湍流液膜1、層流或湍流的判斷區(qū)分液膜屬于層流或湍流的判據(jù)仍然是液膜流動的雷諾數(shù)，它的定義式是：式中um是波腹的平均流速；Dt是液膜的當量直徑。對于豎壁膜狀凝結(jié)，Dt=4，則，當Rec1800，液膜將轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌?、垂直壁湍流液膜段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)當當Rec1800時，膜層流態(tài)為湍流。在湍流液膜中，通過膜層的熱量，除導(dǎo)熱方式外，湍流傳遞將成為重要因素，這時，換熱將隨當Rec增大而增加。如圖

11、，這恰與層流時的情況相反。湍流換熱準則關(guān)聯(lián)式(77)，可用來計算垂直壁湍流液膜段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。整個壁面的平均凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)應(yīng)按加權(quán)平均計算： 3、凝結(jié)準則Co與伽利略準則Ga凝結(jié)準則，其大小反映凝結(jié)換熱的強弱，Co也稱為修正Nu準則。伽利略準則。四、換熱影響因素1蒸氣速度；2不凝性氣體的存在；3表面粗糙度；4蒸氣中含油；5過熱蒸氣；6熱物性；7壁面的幾何尺寸；8蒸氣與壁面的溫差。在平的液-汽界面上蒸發(fā)和凝結(jié)：、粗略理論：沸騰換熱液體內(nèi)部或加熱壁面上有汽泡產(chǎn)生的激烈汽化稱為沸騰。無論是池內(nèi)沸騰，還是管內(nèi)強迫對流沸騰，沸騰傳熱的機理都與汽核的生成、汽泡的長大和脫離密切相關(guān)。因此對汽泡的觀察

12、和研究，有助于認識沸騰傳熱過程的本質(zhì)。一、核化理論簡介1、沸騰的汽化核心在大多數(shù)工程領(lǐng)域中，蒸汽是在汽化核心上以汽泡的形式產(chǎn)生的，通常稱之為泡核沸騰。理論上，汽化核心有均質(zhì)和非均質(zhì)兩大類。所謂均質(zhì)汽化核心，是指液體本身可作為汽化核心。根據(jù)統(tǒng)計熱力學(xué)原理，液體中的分子按一定的能量分布。在一定的溫度下，液體中那些能量大于平均能量的高能分子聚集在一起，造成液體中局部區(qū)域壓力降低，從而形成蒸汽團。非均質(zhì)汽化核心是指在固體懸浮物、氣體或固體壁面上的孔穴中生成的汽化核心。在實際系統(tǒng)中，液體中多少含有大小不等的外部顆粒和熔解氣體，它們均可作為汽化核心。此外，細微的觀察可發(fā)觀，金屬表面雖經(jīng)加工，但其表面仍有很

13、細的切削紋路及其它傷痕、孔穴等，還有因金屬的銹蝕、水垢等原因造成表面的凹凸不平，如圖所示。這樣的表面被液體潤濕時，由于液體表面張力的作用，會阻止液體本身進入這些孔穴，因此在金屬表面的小孔穴處會形成些氣囊。當金屬壁面受熱時，因近壁面處液體溫度較高，高能分子數(shù)也就越多，它們聚在一起便會形成蒸汽團，這些蒸汽團可能滯留在壁面的裂痕或凹陷處。表面上存留的氣變成汽團即形成非均質(zhì)汽化核心。2、生成汽泡的條件要產(chǎn)生汽泡或使汽泡能在液體中繼續(xù)存在下去，基本的條件是液體要過熱，汽泡的受力要平衡。為使汽泡能在液體中存在且不縮小，汽泡內(nèi)外的壓力差必須與表面張力相平衡，于是可得： 當時，由于表面張力的作用是促使氣泡的表

14、面積縮小，氣泡會逐步萎縮。當時，因氣泡內(nèi)部的蒸汽壓力較大，能克服表面張力而使氣泡逐步長大。當時，氣泡既不長大也不縮小，稱此時氣泡的半徑為平衡半徑，用ro表示。即：要使汽泡能在液體中繼續(xù)存在下去，既不因蒸汽凝結(jié)所吞食，也不因液體表面的汽化而使其生長長大，按熱平衡的要求，汽泡內(nèi)蒸汽溫度應(yīng)與液體溫度相等。分析：若Tv是pv壓力下的飽和溫度。與pl壓力相對應(yīng)的飽和溫度為Ts，因為pv大于pl，所以Tl(Tv)必大于Ts，因此熱量必然要從汽泡向外傳遞，泡內(nèi)蒸汽將要凝結(jié)，汽泡將要崩潰，也就是說，為使能在液體中產(chǎn)生汽泡且存在下去，并逸向液面，汽泡應(yīng)從液體接受熱量，所以液體必須有一定的過熱度?？梢娨粋€氣泡長大

15、所需的壓強差是與它的半徑成反比，與表面張力成正比，半徑越小的氣泡就需要較大的壓強差。那么，按此推論當氣泡剛出現(xiàn)時，R0，就意味著需要極大的壓強差才能使它長大。這在實際上達不到。汽泡核產(chǎn)生時，它必須擠開周圍的液體，耗費一定發(fā)能量，而借助于凹縫等外部條件所需的活化能量最少。壁面上氣泡核生成時的最小半徑為，表明在一定的p和t條件下，初生的氣泡核只有當它的半徑大于上述值時，它才能繼續(xù)長大，該故式就是初生氣泡核能站住腳的最小半徑。由此可以解釋兩個現(xiàn)象：一是緊貼加熱面的液體溫度等于壁溫，過熱度最大，在這里生成氣泡核所需的半徑最小，故壁面上凹縫、孔隙是生成氣泡核的較好地點。二是當t增加時，Rmin也隨之減小

16、，這意味著初生的氣泡中將有更多的氣泡能夠符合長大的條件，故t提高后，氣泡量也急劇增加，沸騰也相應(yīng)被強化。3、為生成汽泡，液體所需的過熱度半徑為re的均質(zhì)核化汽泡所需的液體過熱度：（見下式），按照這種理論，引起純凈液體的溶液沸騰需要上百度的過熱度。由非均質(zhì)汽化核心生成汽泡，所需的液體過熱度應(yīng)修正為：式中：c為常數(shù)，N0為單位容積中的分子數(shù)，J（r）為單位容積中能產(chǎn)生半徑r的汽泡數(shù)，K為玻爾茲曼常數(shù)，f()是考慮到因各種表面情況及液體對表面潤濕情況不同，形成一個自由汽泡所需液體過熱度的修正系數(shù)。4、汽泡的長大與脫離汽泡在溫度均勻的液體中成長汽泡形成以后，由于表面張力平衡不了超過的蒸汽壓力，汽泡要長

17、大。通常把汽泡的成長分成兩個階段。在汽泡長大的初始階段，可以認為汽泡和液體是處于相同溫度下，汽泡主要受表面力和周圍液體的慣性力的作用。在汽泡長大后期(大約是汽泡生成以后的干分之幾秒)，汽泡已經(jīng)長大，周圍液體的慣性力和汽泡的表面張力可以忽略。假定此時汽泡和液體處于相同壓力下，則汽泡繼續(xù)長大的速率主要與過熱液體向汽液分界面的傳熱速率有關(guān)。汽泡在加熱面上的成長當汽泡在加熱面上長大時，汽泡除了受浮力、表面張力、流動阻力、慣性力的作用外還因汽泡是在不均勻的過熱液體中成長，傳熱情況極其復(fù)雜。理論上講，在汽泡的成長過程中，熱量首先由加熱面?zhèn)鹘o過熱液體，然后再由過熱液體層把其中一部分熱量傳給汽泡，另一部分傳給

18、流體本體。這樣的傳熱情況很難精確的描述。汽泡的生長是一個非常復(fù)雜的過程，但是可以對其物理過程給出一個簡單的定性解釋。當熱量從液體向液汽界面?zhèn)鲗?dǎo)時，汽泡就在生長。此時，在界面上發(fā)生了汽化，從而按總的蒸汽體積增加。然后，汽泡多半要脫離加熱面而上升，并且汽泡越是遠離加熱面，液體的溫度就越低。一旦汽泡進入了液體溫度低于蒸汽溫度的區(qū)域，熱量就要向外傳導(dǎo)，汽泡就要崩潰。因此，在液體中的某些位置上，汽泡的生長過程將達到平衡狀態(tài)。如果液體是充分過熱的，汽泡也可能在消失之前就達到了液面。汽泡從加熱面上的脫離汽泡長大到一定時，就要脫離表面。汽泡脫離時的大小，理論上可包括如圖所示的各力在內(nèi)的汽泡動態(tài)力平衡來求得，但

19、由于實際上在汽泡生成和長大的不同階段，作用于汽泡上各力之間的比值不是保持不變的，而且各汽泡間相互也有力的影響，使理論分析十分困難。二、沸騰傳熱機理1、泡核沸騰傳熱機理當用電加熱器對大容器壁面進行加熱時，隨著壁面熱流的加大，大容器中的液體經(jīng)歷著自然對流、核態(tài)沸騰、膜態(tài)沸騰等工況。當液體沿著不斷被加熱的管子流動而發(fā)生強迫對流沸騰時，隨高度不同，液體中含汽量和流動結(jié)構(gòu)亦不斷變化，流體在管內(nèi)會經(jīng)歷單相強迫對流、過冷沸騰、飽和核態(tài)沸騰、過渡沸騰、膜態(tài)沸騰、濕蒸汽強迫對流和過熱蒸汽強迫對流等不同傳熱工況。無論是池內(nèi)沸騰還是管內(nèi)強迫對流沸騰，其中核態(tài)沸騰是沸騰放熱的理想工作區(qū)，與單相對流傳熱相比，核態(tài)沸騰的

20、傳熱強度要高得多。為了弄清引起這種高強度換熱的機理，多年來，特別是近三十多年來，科學(xué)家們對此進行了大量的研究，提出了各種不同的核態(tài)沸騰傳熱的物理模型。下面介紹幾種比較典型的核態(tài)沸騰的傳熱機理。汽泡擾動模型這種模型認為，由于汽泡在加熱面上長大和脫離，在造成液相強烈的擾動和混合的同時還起著破壞壁面熱邊界層的作用，使壁面與液體之間的傳熱強度顯著增高。這種模型的特點是把泡核沸騰傳熱過程當作液體湍流強迫對流過程來處理，忽略了沸騰過程存在相變的這個重要因素，也未能反映出加熱而狀況及介質(zhì)性質(zhì)對沸騰傳熱的影響。用此模型尚不能解釋核態(tài)沸騰換熱強度為什么會比對流換熱高1-2個數(shù)量級這一事實。汽液交換模型此模型是把

21、汽泡的長大和脫離過程看成類似一只活塞的運動。當汽泡膨脹(長大)時，把壁面上的過熱液體驅(qū)趕出去，當汽泡脫離后，冷液體即被“吸入”到產(chǎn)生汽泡的地點。這樣，在汽泡長大和脫離的循環(huán)周期中，壁面附近的冷熱液體與汽泡之間不斷發(fā)生熱交換，大量的熱量從壁面輸出。實驗也證明這種汽液交換過程確實是存在的。這種模型已考慮到汽泡成長時所吸收的汽化潛熱，但它只是在汽泡脫離壁面，冷液體沖向加熱面的瞬時才是主要的，它尚未考慮汽泡成長過程所帶定的熱。液膜蒸發(fā)模型此模型是假設(shè)在汽泡長大過程中，由于粘性力的作用妨礙著靠近壁面上液體的運動，因而有一薄層液體保留在汽泡根部的壁面上，稱為微膜。此模型不僅可以解釋在汽泡生成過程中壁面溫度

22、如圖那樣的變化，而且也可解釋泡核拂騰的高強度傳熱。此模型認為，壁面給出的熱量一部分通過液體的對流傳遞到遠離加熱面的液體，一部分通過液體微膜向汽泡內(nèi)部傳遞汽化所需之熱。當液體的溫度達到始沸點后，汽泡在孔穴外自發(fā)長大，與此同時，汽泡與壁面之間的微膜也同時蒸發(fā)，因此壁面溫度降低(測量段)，當微膜蒸發(fā)完后，因壁面已干，壁溫上升，汽泡亦同時長大(BC段)，當汽泡長大到一定程度(C點)，它脫離表面而去，此時冷的液體迅速進入原先為汽泡占據(jù)的位置，冷液體對壁面起冷卻作用，使壁溫又急劇降低(CD段)。隨后又是液體的逐步被加熱，壁面溫度再次上升，并醞釀第二個汽泡產(chǎn)生的條件(DA段)。2、沸騰危機正常情況下，沸騰傳

23、熱的熱交換強度很高。但當熱流密度大大時，原來與液體接觸的加熱表面為一層蒸汽所覆蓋，此時傳熱過程嚴重惡化，即對流放熱系數(shù)急劇降低，壁面溫度驟升。我們稱它為沸騰危機。沸騰危機又稱燒毀、偏離核態(tài)沸騰（DNB）、干涸。因為沸騰危機是流體力學(xué)與傳熱學(xué)相結(jié)合的一種現(xiàn)象，因此對池內(nèi)沸騰與強迫對流沸騰危機的發(fā)生有不同的物理解釋。池內(nèi)沸騰危機關(guān)于池內(nèi)沸騰危機的產(chǎn)生有兩種不同的解釋。一種說法認為當熱流密度達到某一值時，壁面上汽化核心數(shù)增多，以致相鄰汽泡或蒸汽柱之間足以連成蒸汽墊（膜），由于這蒸汽膜的導(dǎo)熱性能較差，從而壁面溫度劇升，當壁溫超過金屬的熔點時，壁面即被爆毀(熔化)。第二種說法認為沸騰危機是由于流體流動不

24、穩(wěn)定性所引起的。當壁面熱流達到某一值時，從壁面脫離的汽泡數(shù)增多，這些汽泡象射流一樣沖離壁面，冷的液體從反方向進入壁面，因要克服流動過程的阻力，液體向壁面移動的速度也必須相應(yīng)增大，當汽液逆向運動的相對速度達另一定值時，使兩相流動處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這時蒸汽就不容易離開壁面，就會發(fā)生局部的壁面被蒸汽膜所覆蓋，導(dǎo)致沸騰危機的發(fā)生。這種現(xiàn)象被稱為第一類沸騰危機，剛達到沸騰危機時的熱流密度稱為臨界熱流密度。強迫對流沸騰的沸騰危機關(guān)于強迫對流沸騰的沸騰危機有多種解釋。一般認為沸騰危機與其流型密切有關(guān)。根據(jù)流型不同，最常遇見的兩種沸騰危機是：高熱流密度、低含汽率時發(fā)生的沸騰危機它的機理與池內(nèi)沸騰的沸騰危機相同。

25、當熱流密度較大時，液體發(fā)生強烈的沸騰，有許多汽泡密集在壁面附近。由于這一層汽泡層的存在；使壁面上新產(chǎn)生的汽泡的逸出、冷的液體補充到壁面均發(fā)生困難，因而使壁面處局部含汽量增加，汽泡連結(jié)成膜，以致可能發(fā)生金屬的燒毀。這種沸騰危機是在壁面某一局部處發(fā)生的。低熱流密度、高含汽率時發(fā)生的沸騰危機在環(huán)狀流動時，原先液體以膜狀方式沿壁面流動。但因此時汽水混合物的含汽率較高，因而汽流速度較高，液滴為高速汽流所挾持；此外，因仍持續(xù)不斷的發(fā)生泡核沸騰，新產(chǎn)生的汽泡在穿過液體層時也帶走液滴。這兩種原因使壁面液膜層遭到破環(huán)，液膜狀流動成為霧狀流動，壁面局部被蒸干，從而造成壁溫的增加和h值的急劇降低。這種現(xiàn)象被稱為第二

26、類沸騰危機。與第一類沸騰危機相比，它的危險程度稍低。這是因為霧狀流動時仍有液滴會不斷地被飛濺到壁面，對壁面起冷卻作用，有可能使壁溫維持在某一金屬材料尚不致燒毀的溫度處。臨界熱流密度或極限含汽率池內(nèi)沸騰危機的臨界熱流密度：管內(nèi)強迫對流沸騰危機的臨界熱流密度：對第二類沸騰危機，通常不用臨界熱流密度概念，而用極限含汽率Xc來描述。 式中：直徑為d的圓管的極限含氣量 直徑為8mm圓管中的極限含氣量三、池內(nèi)沸騰傳熱計算關(guān)于沸騰放熱系數(shù)有兩種不同的定義，一種是加熱壁面上的熱流密度除以壁面溫度和對應(yīng)壓力下的飽和溫度之差，另一種是加熱表面上熱流密度除以壁面溫度與液體容積溫度之差。第一種定義的優(yōu)點在于根據(jù)壓力能比較容易和精確地得到飽和溫度，因此常披采用。對于池內(nèi)核態(tài)沸騰傳熱，因有不同的物理模型可解釋，因而傳熱計算公式也不相同。汽泡擾動模型的傳熱計算式羅森瑙大空間沸騰熱流通量計算式：汽液交換模型的傳熱計算式：微膜蒸發(fā)模型的傳熱計算式：， 四、強迫對流沸騰傳熱計算1、單相過冷液體強迫對流區(qū)為液體單