之求法(有相變化-冷凝)

1、Boiling & Boiling & CondensationCondensation Chap 21Unit Operation &Transfer Phenomenah h 之求法（有相變化之求法（有相變化- -冷凝）冷凝）n純質(zhì)蒸汽之冷凝純質(zhì)蒸汽之冷凝 （A）一般為film type 冷凝形成film流下 （通常為層流） （B）冷凝面經(jīng)表面處理後可提昇為dropwis type 垂直管垂直管水平管水平管film 之之概念概念(m=constant)(m=constant)n薄膜內(nèi)流體流動(dòng) 切一段(L x r x b)下來(lái)分析 垂直管垂直管Dombm33cos23

2、23ggm LrFg)(2cos.coscos.cos220rgurdrgduLbdrdugggrLbdrdugLbAFgrucccrubdrm3cos)(2cos23220gbdrrgb. film type冷凝冷凝h之推導(dǎo)之推導(dǎo)(一一) n假設(shè) 1.熱阻由流動(dòng)之film造成 2.uw=0 u f 與vapor無(wú)關(guān) 3.Tw , Tv , Tf = constantn 先設(shè)為 層流層流 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo) ho,x(local) = n離頂部 L距離局處ho,x = 3/12)3(gfkDombm323g3/12)3(gkffL, ho,xLTm 0m bsTmm,film type冷凝冷凝h之推

3、導(dǎo)之推導(dǎo) (二二)又ho,x= oodATdQdLDTmdoodLTdo3/12)3(gkffb0,LTooLoxoLThdThTbd0oT1ddLgkff3/12)3(ToboLThhodLdLgkTbff3/12)3(dLLkdghTbLffoT003/12b)3(bffbokgh3/123/4)3(433/13/123)4(47. 1)3(bffogkh0m bsTmm,dLmdm ho,xm 垂直管冷凝垂直管冷凝h h 之求法之求法- -Nusselt eq. Nusselt eq. n 又又n垂直管層流推導(dǎo)值垂直管層流推導(dǎo)值n垂直管層流實(shí)驗(yàn)值垂直管層流實(shí)驗(yàn)值n 若為若為 擾流擾流 4

4、/123)(13.1ToffoLTgkhbTooToooosLThDoDoLThDoAoThDoQDom/4/123)(943.0ToffoLTgkh3/13/123)4(0076.)3(bffogkh3/13/13/13/123)4(76.1波紋;細(xì)浪)4(47.1)4(47.1)3(hoLThoLTgkhToTobffo考慮例題例題一一n管殼式熱換器的管方由直立管殼式熱換器的管方由直立BWG 16 BWG 16 號(hào)號(hào)3/4 in3/4 in銅管構(gòu)成，銅管構(gòu)成，苯苯在管內(nèi)加熱，在管內(nèi)加熱，管長(zhǎng)管長(zhǎng)1.5m1.5m，溫度，溫度為為7070，水蒸汽在殼方冷凝，溫度，水蒸汽在殼方冷凝，溫度1571

5、57， hi=2000W/mhi=2000W/m2 2-n若管壁熱傳阻力可忽略，若管壁熱傳阻力可忽略， 求求hoho，nUoUo及管壁溫度及管壁溫度( (與假設(shè)驗(yàn)證與假設(shè)驗(yàn)證) 2000(Tw-70)=7900(157-Tw) 2000(Tw-70)=7900(157-Tw) Tw=139Tw=139C Uo=?n每支管可交換多少熱每支管可交換多少熱? ?冷凝多少水蒸氣冷凝多少水蒸氣? ?kgJkgkcallbBtucpkkLTgkhCOHOHfToffoo/4180)9/5(*899/)9/5(*899/899125. 0 C.- W/m0.68.C-7900W/m)(13. 1150,oo

6、24/12322UohohiDiDo111skgmmAoUoQmDoAosss/?.?w)70157(.5 . 1設(shè)ho=5 X hi 則To-Tw=1/5(Tw-Ti) Tw=142.5CTo=157, Ti=70, TW=?C-W/m?)0.255/0.0001254180/18/1.*5/9*899*9.8*10002*(0.683*1.13=)(13. 1o24/123ToffoLTgkhn水平水平n單管單管nN支並列支並列4/123)(725.0ooffoDTgkh4/13/223)(725.0ooffoDTNgkh水平水平管管h h 之求法之求法- -冷凝冷凝3/13/123)4(

7、51.1)3(bffogkhDoThLDoLThLmooTTooTsb例題例題 二二n 管殼式熱換器的管方由水平管殼式熱換器的管方由水平BWG 16 BWG 16 號(hào)號(hào)3/4 in3/4 in銅管構(gòu)成，銅管構(gòu)成，苯苯在管內(nèi)加在管內(nèi)加熱，管長(zhǎng)熱，管長(zhǎng)1.5m1.5m，溫度，溫度為為7070，水蒸汽在殼方冷凝，溫度，水蒸汽在殼方冷凝，溫度157157， hi=2000W/mhi=2000W/m2 2-n若水平式管殼式熱換器，垂直方向每若水平式管殼式熱換器，垂直方向每6 6支一列，求支一列，求hoho，UoUo及管壁溫度及管壁溫度n2000(Tw-70)=11000(157-Tw)2000(Tw-7

8、0)=11000(157-Tw) Tw=143.6Tw=143.6C (須再驗(yàn)證)n Uo=?Uo=?n每支管可交換多少熱每支管可交換多少熱? ?冷凝多少水蒸氣冷凝多少水蒸氣? ?C-W/m?)s-/m0.000125kg*6*C14.5*0.0254m *0.75)(2.2lb/kg)1055J/Btu/*b)(899Btu/l(9.8m/s)(1000kg/mC)(0.68w/m(*0.725=)(725. 0o20.250.66722324/13/2233fooffoDTNgkhUohohiDiDo111ssmAoUoQmDoAo)70157(.5 . 1先設(shè)h0=5hi T0-Tw=1

9、/6(157-70)=14.5C垂直管冷凝垂直管冷凝h h與與 冷凝冷凝h h與與N NReRenAA 垂直管層流nBB 水平管層流nCC 垂直管擾流4/123)(13.1ToffoLTgkh4/123)(725.0ooffoDTgkh不同程序之薄膜係數(shù)不同程序之薄膜係數(shù)(出自出自W.H.McADams,”Heat Transmission”3d.,p.5.1954,McGraw-Hill Book Company)程序程序h之範(fàn)圍(Btu/ft2-h-F)h之範(fàn)圍(W/m2-C)水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝(dorpwise-type)5000-2000030000-100000水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝

10、(film-type)1000-30006000-20000水沸騰水沸騰300-90001700-50000有機(jī)蒸氣冷凝有機(jī)蒸氣冷凝200-4001000-2000水水( (加熱或冷卻加熱或冷卻) )50-3000300-20000油或溶劑油或溶劑( (加熱或冷卻加熱或冷卻) )10-30050-1500過(guò)熱蒸氣過(guò)熱蒸氣( (加熱或冷卻加熱或冷卻) )5-2030-100空氣空氣( (加熱或冷卻加熱或冷卻) )0.2-101-50nNucleate boiling nFilm boiling 沸騰沸騰(boiling(boiling ）之型式）之型式Nucleate boiling 熱傳好，但

11、不易控制。形成原因1. 表面有一點(diǎn)點(diǎn)粗糙or結(jié)一點(diǎn)點(diǎn)垢2. 溶液中有不純物3. 攪拌4. 溶液性質(zhì)5. To,壓力因素 熱傳與溫差之關(guān)係熱傳與溫差之關(guān)係Q/A=hooTNucleate boiling BC中,Q/A正比於Film boiling DE中,Q/A正比於43ooTT4/ 3oT25. 1oTaAB中 小，只有對(duì)流發(fā)生 Q/A= oT熱傳係數(shù)與溫差之關(guān)係熱傳係數(shù)與溫差之關(guān)係Nucleate boiling BC中,Q/A正比於Film boiling Q/A正比於43ooTT4/ 3oTnFilm boiling h 之求法（之求法（Film boiling ）DogkThcvlv

12、vvco069. 059. 0)(4/123（最小水波波長(zhǎng)） =2c2/1)(vlcggT=TW-Th Vapor 兩邊之溫差Minimum Heat Fluxh h 之求法與臨界條件有關(guān)之求法與臨界條件有關(guān)（Nucleate boilingNucleate boiling）)( FTc (Q/A)max Btu Pc hr-ft2-psin以P/Pc由圖查出(Q/A)max/Pcnh=(Q/A)maxTcnP愈小h愈大Reduced Pressure P/Pc例題三例題三n苯在苯在2atm之再沸器中沸騰，加熱管為水平式，臨界壓力為之再沸器中沸騰，加熱管為水平式，臨界壓力為47.7atmn求最佳核化沸騰之求最佳核化沸騰之(Q/A)max、ho、 =64 Fn苯在苯在1.5atm之再沸器中沸騰，求最佳核化沸騰之之再沸器中沸騰，求最佳核化沸騰之(Q/A)max、ho(Q/A)max /Pc=200 (Q/A)max =200 x (47.7 x 14.7)=140000 ho=140000/64=2191 =2191 x 5.68 =12.4)/(22inlbffthBtuTc2fthBtu2ftFhBtu2mCW2mCkW動(dòng)量傳遞與熱量傳遞動(dòng)量傳遞與熱量傳遞n動(dòng)量傳遞動(dòng)量傳遞 : 相當(dāng)於剪應(yīng)力相當(dāng)於剪應(yīng)力(由速度大傳向由速度大傳向速度