-管殼式熱交換器第三部分

1、第二章第二章 管殼式熱交換器管殼式熱交換器管殼式冷凝器與蒸發(fā)器管殼式冷凝器與蒸發(fā)器n 在上一部分我們學(xué)習(xí)了一臺常溫常壓單相對流在上一部分我們學(xué)習(xí)了一臺常溫常壓單相對流 熱管殼式換熱器的設(shè)計(jì)。熱管殼式換熱器的設(shè)計(jì)。n在接下來的部分，將考察存在相變換熱、以及在接下來的部分，將考察存在相變換熱、以及高溫高壓或是低溫?fù)Q熱情況下，管殼式換熱器高溫高壓或是低溫?fù)Q熱情況下，管殼式換熱器的設(shè)計(jì)有哪些不同之處，或者說應(yīng)該特別注意的設(shè)計(jì)有哪些不同之處，或者說應(yīng)該特別注意的問題。的問題。n 對于相變換熱主要考察傳熱機(jī)理不同帶來的設(shè)對于相變換熱主要考察傳熱機(jī)理不同帶來的設(shè)計(jì)改變；對于高溫、高壓或是低溫?fù)Q熱情況，計(jì)改變

2、；對于高溫、高壓或是低溫?fù)Q熱情況，主要考察換熱器耐受高溫高壓及低溫時(shí)所作的主要考察換熱器耐受高溫高壓及低溫時(shí)所作的結(jié)構(gòu)、材料等的改變。結(jié)構(gòu)、材料等的改變。2.7 2.7 管殼式冷凝器與蒸發(fā)器的工作特點(diǎn)管殼式冷凝器與蒸發(fā)器的工作特點(diǎn)2.7.1 管殼式冷凝器的工作特點(diǎn)管殼式冷凝器的工作特點(diǎn)工質(zhì)由汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程叫凝結(jié)，當(dāng)工質(zhì)由汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程叫凝結(jié)，當(dāng)蒸汽與低于它的飽和溫度的流體和壁面接蒸汽與低于它的飽和溫度的流體和壁面接觸時(shí)，就會發(fā)生凝結(jié)并放出潛熱。蒸汽在觸時(shí)，就會發(fā)生凝結(jié)并放出潛熱。蒸汽在冷壁凝結(jié)并放出潛熱，而冷卻流體在壁面冷壁凝結(jié)并放出潛熱，而冷卻流體在壁面的另一側(cè)吸收熱量，這就是冷凝器

3、的工作的另一側(cè)吸收熱量，這就是冷凝器的工作原理。原理。n按照冷凝方式，凝結(jié)換熱分珠狀凝結(jié)和膜狀按照冷凝方式，凝結(jié)換熱分珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)，一般膜狀凝結(jié)普遍，冷凝器按膜狀凝凝結(jié)，一般膜狀凝結(jié)普遍，冷凝器按膜狀凝結(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。n按被冷凝的物質(zhì)進(jìn)行分類，冷凝過程又可分按被冷凝的物質(zhì)進(jìn)行分類，冷凝過程又可分為可凝蒸汽的冷凝和含有不凝氣蒸汽的冷凝。為可凝蒸汽的冷凝和含有不凝氣蒸汽的冷凝。n而可凝蒸汽可以是單一成分的純凈蒸汽，也而可凝蒸汽可以是單一成分的純凈蒸汽，也可能是多種組分的混合蒸氣?？赡苁嵌喾N組分的混合蒸氣。因此我們分三種情況討論冷凝器的設(shè)計(jì)因此我們分三種情況討論冷凝器的設(shè)計(jì) 1）純凈蒸

4、汽的冷凝）純凈蒸汽的冷凝 2）含有不凝氣蒸汽的冷凝）含有不凝氣蒸汽的冷凝 3）混合蒸汽冷凝）混合蒸汽冷凝1)純凈飽和蒸汽在冷凝器內(nèi)的冷凝純凈飽和蒸汽在冷凝器內(nèi)的冷凝在設(shè)計(jì)這種冷凝器時(shí)應(yīng)注意以下一些問題：在設(shè)計(jì)這種冷凝器時(shí)應(yīng)注意以下一些問題：(1)一般說來，冷凝換熱是一種高效換熱過程，液膜是主要熱一般說來，冷凝換熱是一種高效換熱過程，液膜是主要熱阻，因而冷凝換熱往往不會成為整個(gè)傳熱過程的主要熱阻。阻，因而冷凝換熱往往不會成為整個(gè)傳熱過程的主要熱阻。但是也有不少設(shè)備中，冷凝換熱反而構(gòu)成了傳熱過程的主要但是也有不少設(shè)備中，冷凝換熱反而構(gòu)成了傳熱過程的主要熱阻。熱阻。在這些情況下，也就有必要對冷凝換熱

5、過程的強(qiáng)化給在這些情況下，也就有必要對冷凝換熱過程的強(qiáng)化給以充分的注意。以充分的注意。如各種石油餾分和有機(jī)物蒸汽的冷凝器當(dāng)采用水作為吸如各種石油餾分和有機(jī)物蒸汽的冷凝器當(dāng)采用水作為吸熱工質(zhì)時(shí)，冷凝側(cè)換熱系數(shù)將低于水側(cè)換熱系數(shù)。比如氟利熱工質(zhì)時(shí)，冷凝側(cè)換熱系數(shù)將低于水側(cè)換熱系數(shù)。比如氟利昂冷凝換熱系數(shù)（昂冷凝換熱系數(shù)（800-1000）比冷卻水側(cè)小。）比冷卻水側(cè)小。(2)對飽和蒸汽的冷凝，一般都采取臥式冷凝器。對飽和蒸汽的冷凝，一般都采取臥式冷凝器。根據(jù)冷凝過程的機(jī)理，當(dāng)冷凝液膜處于層流狀態(tài)時(shí)，根據(jù)冷凝過程的機(jī)理，當(dāng)冷凝液膜處于層流狀態(tài)時(shí)，以橫管和豎管的管外冷凝相比，在兩者的溫差及冷凝介質(zhì)以橫管

6、和豎管的管外冷凝相比，在兩者的溫差及冷凝介質(zhì)的物性相同時(shí)，采用橫管時(shí)的換熱系數(shù)總是高于豎管的換的物性相同時(shí)，采用橫管時(shí)的換熱系數(shù)總是高于豎管的換熱系數(shù)。熱系數(shù)。此時(shí)若使飽和蒸汽在管外冷凝，不僅換熱系數(shù)高，而且此時(shí)若使飽和蒸汽在管外冷凝，不僅換熱系數(shù)高，而且壓降也少，使易結(jié)垢的水在管內(nèi)流動，可以保持較高的流壓降也少，使易結(jié)垢的水在管內(nèi)流動，可以保持較高的流速，對傳熱和防止結(jié)垢都很有很有利。速，對傳熱和防止結(jié)垢都很有很有利。如果管排數(shù)很多，采用斜轉(zhuǎn)排列方式，減小后排管子液如果管排數(shù)很多，采用斜轉(zhuǎn)排列方式，減小后排管子液膜厚度。膜厚度。 對于臥式冷凝器，按轉(zhuǎn)角等邊三角形排列時(shí)，對于臥式冷凝器，按轉(zhuǎn)角

7、等邊三角形排列時(shí)，板的軸線與水平軸線間比較有利的偏轉(zhuǎn)角，如圖板的軸線與水平軸線間比較有利的偏轉(zhuǎn)角，如圖2.10所示，可按下式計(jì)算：所示，可按下式計(jì)算：30oarcsin(do/2s)do：管子外徑；：管子外徑；s：管間距。：管間距。目的：減少液膜在換熱管上的包角及液膜厚度目的：減少液膜在換熱管上的包角及液膜厚度但在某些情況下，采用立式冷凝器也具有一定的但在某些情況下，采用立式冷凝器也具有一定的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)冷凝液需要過冷時(shí)，如果采用臥式，會使一當(dāng)冷凝液需要過冷時(shí)，如果采用臥式，會使一部分傳熱面浸沒冷凝液中才能通過自然對流部分傳熱面浸沒冷凝液中才能通過自然對流傳熱方式實(shí)現(xiàn)過冷。而采用立式冷凝時(shí)，

8、冷傳熱方式實(shí)現(xiàn)過冷。而采用立式冷凝時(shí)，冷凝液呈降膜式向下沉動，此時(shí)的換熱系數(shù)較凝液呈降膜式向下沉動，此時(shí)的換熱系數(shù)較高，降低了冷凝液過冷所需傳熱面。高，降低了冷凝液過冷所需傳熱面。在壓降允許范圍內(nèi)，使蒸汽在豎管內(nèi)冷凝時(shí)，在壓降允許范圍內(nèi)，使蒸汽在豎管內(nèi)冷凝時(shí)，流速可以較高，使液膜減薄，不易在設(shè)備內(nèi)流速可以較高，使液膜減薄，不易在設(shè)備內(nèi)積聚不凝結(jié)氣體，汽流速度分布均勻。積聚不凝結(jié)氣體，汽流速度分布均勻。(3)采用蒸汽在水平管內(nèi)冷凝的方式必須十分慎重。采用蒸汽在水平管內(nèi)冷凝的方式必須十分慎重。 這種情況下的冷凝器往往采用多管程，第一管這種情況下的冷凝器往往采用多管程，第一管程凝結(jié)的液體連同未冷凝的

9、蒸汽一起進(jìn)入下一程凝結(jié)的液體連同未冷凝的蒸汽一起進(jìn)入下一管程，因而在同一管程的管束中，管子下半部管程，因而在同一管程的管束中，管子下半部往往積聚較多的凝液，而管子上半部往往積聚往往積聚較多的凝液，而管子上半部往往積聚較多的蒸汽，從而使管束中的汽液分配難以均較多的蒸汽，從而使管束中的汽液分配難以均勻，凝液的積存又起了阻礙傳熱的作用，使其勻，凝液的積存又起了阻礙傳熱的作用，使其換熱系數(shù)比同樣條件下的管外冷凝低。換熱系數(shù)比同樣條件下的管外冷凝低。2)過熱蒸汽在冷凝器內(nèi)的冷卻和冷凝 過熱蒸汽在冷凝器內(nèi)的冷卻和冷凝分為三段，第過熱蒸汽在冷凝器內(nèi)的冷卻和冷凝分為三段，第一段為單冷卻過程，第二段壁面出現(xiàn)冷凝

10、，主流一段為單冷卻過程，第二段壁面出現(xiàn)冷凝，主流區(qū)尚未達(dá)到飽和溫度繼續(xù)冷卻，第三段為飽和冷區(qū)尚未達(dá)到飽和溫度繼續(xù)冷卻，第三段為飽和冷凝過程。凝過程。 第一段特征第一段特征 由于蒸汽的過熱部分冷卻到飽和狀態(tài)，所進(jìn)行為由于蒸汽的過熱部分冷卻到飽和狀態(tài)，所進(jìn)行為單相氣體冷卻換熱，熱量傳遞為顯熱傳遞，換熱單相氣體冷卻換熱，熱量傳遞為顯熱傳遞，換熱系數(shù)比冷凝換熱系數(shù)要小得多。而過熱蒸汽的比系數(shù)比冷凝換熱系數(shù)要小得多。而過熱蒸汽的比熱較小，顯熱傳遞的熱量不大。如果過熱度比較熱較小，顯熱傳遞的熱量不大。如果過熱度比較顯著，那么完成這一階段的換熱需要的換熱面積顯著，那么完成這一階段的換熱需要的換熱面積也比較顯

11、著。也比較顯著。 第二階段和第三階段出現(xiàn)了凝結(jié)液，主要換第二階段和第三階段出現(xiàn)了凝結(jié)液，主要換熱方式為凝結(jié)熱，主要是潛熱傳熱方式，換熱方式為凝結(jié)熱，主要是潛熱傳熱方式，換熱系數(shù)比較大。熱系數(shù)比較大。 由于換熱方式不同，對過熱蒸汽的冷卻過程由于換熱方式不同，對過熱蒸汽的冷卻過程和冷凝過程應(yīng)該分段計(jì)算。第一段為一階段，和冷凝過程應(yīng)該分段計(jì)算。第一段為一階段，第二三段為另一階段。方法：設(shè)計(jì)一個(gè)換熱第二三段為另一階段。方法：設(shè)計(jì)一個(gè)換熱器，此換熱器的面積應(yīng)該是兩部分相加。一器，此換熱器的面積應(yīng)該是兩部分相加。一部分是完成第一階段需要的換熱面積，計(jì)算部分是完成第一階段需要的換熱面積，計(jì)算單相對流換熱，另

12、一部分是完成第二三階段單相對流換熱，另一部分是完成第二三階段換熱所需要的換熱面積。這兩部分采用的換換熱所需要的換熱面積。這兩部分采用的換熱、阻力計(jì)算等完全不同。熱、阻力計(jì)算等完全不同。但當(dāng)過熱度不是很大時(shí)，仍可利用純凈飽和蒸汽但當(dāng)過熱度不是很大時(shí)，仍可利用純凈飽和蒸汽冷凝放熱公式計(jì)算其平均換熱系數(shù)，不過公式中冷凝放熱公式計(jì)算其平均換熱系數(shù)，不過公式中的汽化潛熱，要用下式所示的的汽化潛熱，要用下式所示的r代替：代替：r =cg (tg-ts)+r式中式中cg一過熱蒸汽比熱；一過熱蒸汽比熱； r一蒸汽汽化潛熱。一蒸汽汽化潛熱。至于計(jì)算至于計(jì)算或或Q時(shí)所用的冷凝溫差時(shí)所用的冷凝溫差t，都仍然按飽，都

13、仍然按飽和溫度和溫度ts，而不是以過熱溫度，而不是以過熱溫度t計(jì)算。這種處理還計(jì)算。這種處理還是足夠準(zhǔn)確的。是足夠準(zhǔn)確的。 3)含不凝氣蒸汽的冷凝含不凝氣蒸汽的冷凝 蒸汽中所含不凝結(jié)性氣體可能有兩個(gè)不蒸汽中所含不凝結(jié)性氣體可能有兩個(gè)不同的來源，一是由于外部漏入，二是由同的來源，一是由于外部漏入，二是由于冷凝物質(zhì)所固有或夾帶。于冷凝物質(zhì)所固有或夾帶。 當(dāng)蒸汽中含有不凝氣時(shí)，傳熱過程實(shí)際當(dāng)蒸汽中含有不凝氣時(shí)，傳熱過程實(shí)際上是由蒸汽的冷凝和不凝氣的冷卻共同上是由蒸汽的冷凝和不凝氣的冷卻共同所組成，這一過程叫做冷凝一冷卻過程。所組成，這一過程叫做冷凝一冷卻過程。 在冷凝器中，即使所含不凝氣很少隨著冷在

14、冷凝器中，即使所含不凝氣很少隨著冷凝過程的進(jìn)行，凝結(jié)蒸汽不斷凝結(jié)，不凝氣凝過程的進(jìn)行，凝結(jié)蒸汽不斷凝結(jié)，不凝氣相對量增加，會造成換熱系數(shù)大幅度地下降。相對量增加，會造成換熱系數(shù)大幅度地下降。 實(shí)驗(yàn)表明，蒸汽中即使只有實(shí)驗(yàn)表明，蒸汽中即使只有1體積的空氣，體積的空氣，也會使換熱系數(shù)降低也會使換熱系數(shù)降低60。因此，工業(yè)上應(yīng)。因此，工業(yè)上應(yīng)用的冷凝器，一般都應(yīng)設(shè)置氣體排出機(jī)構(gòu)。用的冷凝器，一般都應(yīng)設(shè)置氣體排出機(jī)構(gòu)。例如，在正壓下工作的冷凝器，在適當(dāng)部位例如，在正壓下工作的冷凝器，在適當(dāng)部位裝置排氣閥在負(fù)壓下工作的汽輪機(jī)冷凝器，裝置排氣閥在負(fù)壓下工作的汽輪機(jī)冷凝器，則設(shè)置射汽抽氣器。則設(shè)置射汽抽氣器

15、。總壓不變，在壁面液膜外，由于蒸汽凝結(jié)，總壓不變，在壁面液膜外，由于蒸汽凝結(jié)，不凝氣的分子積聚形成一層氣模，在此處不不凝氣的分子積聚形成一層氣模，在此處不凝氣的分壓力升高，蒸汽分壓下降。凝氣的分壓力升高，蒸汽分壓下降。在液膜外面的這層氣膜使蒸汽必須借助擴(kuò)散在液膜外面的這層氣膜使蒸汽必須借助擴(kuò)散使蒸汽分子通過氣膜而達(dá)到液膜冷凝。這層使蒸汽分子通過氣膜而達(dá)到液膜冷凝。這層氣膜構(gòu)成了冷凝過程的主要熱阻，使換熱系氣膜構(gòu)成了冷凝過程的主要熱阻，使換熱系數(shù)大為降低。數(shù)大為降低。此外由于這層氣膜中蒸汽分壓此外由于這層氣膜中蒸汽分壓Pvi低，冷低，冷凝溫度也將由與凝溫度也將由與Pv相對應(yīng)的飽和溫度相對應(yīng)的飽和

16、溫度tv降低降低到與氣液膜分界面上到與氣液膜分界面上Pvi相對應(yīng)的相對應(yīng)的ti，其結(jié)果，其結(jié)果是使冷凝溫差減小，降低了冷凝強(qiáng)度。是使冷凝溫差減小，降低了冷凝強(qiáng)度。n含不凝氣蒸汽的傳熱被認(rèn)為是由兩部分含不凝氣蒸汽的傳熱被認(rèn)為是由兩部分 組成的；一部分是由于蒸汽冷凝而產(chǎn)生組成的；一部分是由于蒸汽冷凝而產(chǎn)生的潛熱傳遞；另一部分是不凝氣及蒸汽的潛熱傳遞；另一部分是不凝氣及蒸汽的總體的總體(主流主流)與液膜之間的顯熱傳遞。與液膜之間的顯熱傳遞。n蒸汽凝結(jié)部分的熱量大小決定于蒸汽分子通蒸汽凝結(jié)部分的熱量大小決定于蒸汽分子通過氣膜的擴(kuò)散，它的推動力是蒸汽的分壓差過氣膜的擴(kuò)散，它的推動力是蒸汽的分壓差(Pv-

17、Pvi)，壓差越大，蒸汽的擴(kuò)散速度就越大，壓差越大，蒸汽的擴(kuò)散速度就越大，傳質(zhì)傳質(zhì)(冷凝冷凝)的量就越多，根據(jù)質(zhì)交換過程與熱的量就越多，根據(jù)質(zhì)交換過程與熱交換過程的相似關(guān)系則可將單位傳熱面上交換過程的相似關(guān)系則可將單位傳熱面上的潛熱傳遞的熱量表示為的潛熱傳遞的熱量表示為：n不凝氣及蒸汽的總體(主流)與液膜之間的顯熱傳遞，其動力是氣膜的溫差，則單位傳熱面上顯熱傳遞的熱量可用牛頓公式表示為： 隨著冷凝過程的進(jìn)行，氣膜中的蒸汽分隨著冷凝過程的進(jìn)行，氣膜中的蒸汽分壓力，液膜溫度，以及換熱系數(shù)都在明壓力，液膜溫度，以及換熱系數(shù)都在明顯變化，這個(gè)總傳熱量在每個(gè)截面不同。顯變化，這個(gè)總傳熱量在每個(gè)截面不同。

18、因此需要分為許多段才能完成含不凝氣因此需要分為許多段才能完成含不凝氣蒸汽的冷凝器設(shè)計(jì)。蒸汽的冷凝器設(shè)計(jì)。另外還需要注意：另外還需要注意： 在含有不凝性氣體的蒸汽冷凝時(shí)，蒸汽流速在含有不凝性氣體的蒸汽冷凝時(shí)，蒸汽流速對冷凝放熱的影響十分顯著。對冷凝放熱的影響十分顯著。 在蒸汽放熱一側(cè)傳質(zhì)系數(shù)起著很大的作用。在蒸汽放熱一側(cè)傳質(zhì)系數(shù)起著很大的作用。不凝氣愈多，則傳質(zhì)系數(shù)所起作用愈大。當(dāng)不凝氣愈多，則傳質(zhì)系數(shù)所起作用愈大。當(dāng)蒸汽流速提高時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)迅速增大，這樣蒸汽流速提高時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)迅速增大，這樣就使換熱得到加強(qiáng)。由此可見，當(dāng)其它條件就使換熱得到加強(qiáng)。由此可見，當(dāng)其它條件不變時(shí)，汽氣混合物中不凝氣愈

19、多，提高流不變時(shí)，汽氣混合物中不凝氣愈多，提高流速就愈是增強(qiáng)換熱的有效手段。速就愈是增強(qiáng)換熱的有效手段。 當(dāng)不凝氣的相對含量高時(shí)，則不凝氣的含量當(dāng)不凝氣的相對含量高時(shí)，則不凝氣的含量對換熱熱的影響是主要的。對換熱熱的影響是主要的。 當(dāng)汽氣混合物在管束中冷凝時(shí)，由于蒸汽的當(dāng)汽氣混合物在管束中冷凝時(shí)，由于蒸汽的不斷冷凝，容積流量不斷降低，流通截面又不斷冷凝，容積流量不斷降低，流通截面又改變很小，因而在冷凝器的后半部分流速猛改變很小，因而在冷凝器的后半部分流速猛烈下降，且不凝氣相對含量達(dá)到相當(dāng)高的程烈下降，且不凝氣相對含量達(dá)到相當(dāng)高的程度。這就使得傳質(zhì)系數(shù)迅速下降、使換熱強(qiáng)度。這就使得傳質(zhì)系數(shù)迅速下

20、降、使換熱強(qiáng)度顯著地減小。度顯著地減小。4)混合蒸氣的冷凝 工業(yè)上還會遇到由兩種以上可凝性蒸氣混合而工業(yè)上還會遇到由兩種以上可凝性蒸氣混合而成的混合蒸氣的冷凝。在冷凝過程中，一定溫度成的混合蒸氣的冷凝。在冷凝過程中，一定溫度下，各種成分以不同的比例冷凝；在另下，各種成分以不同的比例冷凝；在另溫度下溫度下又是另一個(gè)比例冷凝，亦即它們的冷凝量隨著溫又是另一個(gè)比例冷凝，亦即它們的冷凝量隨著溫度的不同而改變，這是一個(gè)顯著的特點(diǎn)。度的不同而改變，這是一個(gè)顯著的特點(diǎn)。 混合蒸氣冷凝還與它的各成分在液態(tài)時(shí)能否混合蒸氣冷凝還與它的各成分在液態(tài)時(shí)能否互互溶有關(guān)。溶有關(guān)。 混合蒸氣冷凝過程可歸結(jié)為以下幾方面的特點(diǎn)

21、混合蒸氣冷凝過程可歸結(jié)為以下幾方面的特點(diǎn) 混合蒸氣冷凝時(shí)，冷凝溫度不斷下降，因而是混合蒸氣冷凝時(shí)，冷凝溫度不斷下降，因而是一個(gè)非等溫的冷凝過程。同時(shí)，由于各組分的冷一個(gè)非等溫的冷凝過程。同時(shí)，由于各組分的冷凝潛熱不同，溫度的變化和所放出的熱量一般不凝潛熱不同，溫度的變化和所放出的熱量一般不成比例。因而在溫度變化范圍大時(shí)，應(yīng)該分段計(jì)成比例。因而在溫度變化范圍大時(shí)，應(yīng)該分段計(jì)算平均溫差；算平均溫差； 在冷凝過程中氣體和液體的組成也在不斷改在冷凝過程中氣體和液體的組成也在不斷改變，因而物性和換熱系數(shù)均沿程不斷交化由變，因而物性和換熱系數(shù)均沿程不斷交化由此，當(dāng)進(jìn)口、出口溫度變化范圍大時(shí)，也需要分此，當(dāng)

22、進(jìn)口、出口溫度變化范圍大時(shí)，也需要分段計(jì)算流體的平均溫度，并求出相應(yīng)的物性和換段計(jì)算流體的平均溫度，并求出相應(yīng)的物性和換熱系數(shù)。熱系數(shù)。 由于混合蒸氣的冷凝與含不凝氣蒸汽由于混合蒸氣的冷凝與含不凝氣蒸汽冷凝有相似之處，后冷凝的蒸氣也會滯積冷凝有相似之處，后冷凝的蒸氣也會滯積在壁面附近形成氣膜，在此氣膜內(nèi)同樣由在壁面附近形成氣膜，在此氣膜內(nèi)同樣由于蒸氣分壓的變化而存在誤差，因而通過于蒸氣分壓的變化而存在誤差，因而通過氣膜先冷凝的液體溫度較高，在往后流動氣膜先冷凝的液體溫度較高，在往后流動中也必然要進(jìn)一步被冷卻而放出顯熱。中也必然要進(jìn)一步被冷卻而放出顯熱。2.7.2 管殼式蒸發(fā)器的工作特點(diǎn) 蒸發(fā)器

23、中所進(jìn)行著的沸騰換熱和冷凝換熱一樣，蒸發(fā)器中所進(jìn)行著的沸騰換熱和冷凝換熱一樣，均屬于強(qiáng)化型換熱，液體在沸騰時(shí)能吸收大量的均屬于強(qiáng)化型換熱，液體在沸騰時(shí)能吸收大量的汽化潛熱，汽泡在形成和脫離加熱面時(shí)，在邊界汽化潛熱，汽泡在形成和脫離加熱面時(shí)，在邊界層內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動，從而達(dá)到很高的換熱系層內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動，從而達(dá)到很高的換熱系數(shù)，與單相流體的對流換熱系數(shù)相比，可提高幾數(shù)，與單相流體的對流換熱系數(shù)相比，可提高幾倍乃至二、三十倍。倍乃至二、三十倍。 因而在工業(yè)上的應(yīng)用甚為廣泛，例如動力、化工因而在工業(yè)上的應(yīng)用甚為廣泛，例如動力、化工等部門用的蒸汽鍋爐、蒸發(fā)器、再沸器等高參數(shù)、等部門用的蒸汽鍋爐、蒸發(fā)

24、器、再沸器等高參數(shù)、高熱負(fù)荷設(shè)備。高熱負(fù)荷設(shè)備。n但是也有一些設(shè)備中，沸騰換熱反而構(gòu)但是也有一些設(shè)備中，沸騰換熱反而構(gòu)成了傳熱過程的主要熱阻。成了傳熱過程的主要熱阻。n如低沸點(diǎn)流體沸騰，沸騰側(cè)換熱系數(shù)將如低沸點(diǎn)流體沸騰，沸騰側(cè)換熱系數(shù)將低于加熱液體側(cè)換熱系數(shù)。比如氟利昂低于加熱液體側(cè)換熱系數(shù)。比如氟利昂沸騰換熱系數(shù)比水側(cè)冷凝小。在這些情沸騰換熱系數(shù)比水側(cè)冷凝小。在這些情況下，也就有必要對沸騰換熱過程的強(qiáng)況下，也就有必要對沸騰換熱過程的強(qiáng)化給以充分的注意?；o以充分的注意。舉例：舉例： 在各種工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中，常需將溶在各種工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中，常需將溶有有固體物質(zhì)的水溶液加以濃縮。固體物質(zhì)的水

25、溶液加以濃縮。 其主要方法是用蒸發(fā)器將稀溶液加熱至其主要方法是用蒸發(fā)器將稀溶液加熱至沸沸騰，使其中部分水蒸發(fā)而使溶液的濃度得騰，使其中部分水蒸發(fā)而使溶液的濃度得到提高。到提高。 圖圖2.52所示的是一種在水溶液蒸發(fā)過程中所示的是一種在水溶液蒸發(fā)過程中使用比較普遍的中心循環(huán)管式蒸發(fā)器。使用比較普遍的中心循環(huán)管式蒸發(fā)器。 它由加熱室及分它由加熱室及分離室組成，由于離室組成，由于中心循環(huán)管的直中心循環(huán)管的直徑比加熱管的直徑比加熱管的直徑大得多。使中徑大得多。使中心循環(huán)管內(nèi)溶液心循環(huán)管內(nèi)溶液的密度大于周圍的密度大于周圍加熱管內(nèi)強(qiáng)烈沸加熱管內(nèi)強(qiáng)烈沸騰著的溶液的密騰著的溶液的密 度，從而產(chǎn)生了度，從而產(chǎn)生

26、了自然循環(huán)。自然循環(huán)。 蒸發(fā)器內(nèi)加熱的蒸汽稱為一次蒸汽，溶液受熱蒸發(fā)蒸發(fā)器內(nèi)加熱的蒸汽稱為一次蒸汽，溶液受熱蒸發(fā) 發(fā)而產(chǎn)生的蒸汽稱為二次蒸汽。發(fā)而產(chǎn)生的蒸汽稱為二次蒸汽。 為使那些需要蒸發(fā)大量水分的場合減少加熱蒸汽為使那些需要蒸發(fā)大量水分的場合減少加熱蒸汽 耗量，可采用多效蒸發(fā)耗量，可采用多效蒸發(fā)(或稱多級蒸發(fā)或稱多級蒸發(fā))的方法，其的方法，其 特點(diǎn)是將每一效蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的二次蒸汽用作特點(diǎn)是將每一效蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的二次蒸汽用作 下一效的加熱蒸汽，如此則在下一效又產(chǎn)生了新下一效的加熱蒸汽，如此則在下一效又產(chǎn)生了新 的二次蒸汽，既使溶液濃度得到提高，又節(jié)省了的二次蒸汽，既使溶液濃度得到提高，又節(jié)省了 加熱蒸汽量。一般限于加熱蒸汽量。一般限于23效，也有效，也有46效的。效的。 工作壓力及溫度逐級降低。工作壓力及溫度逐級降低。 在對水溶液蒸發(fā)器作計(jì)算時(shí)，要注意到如下一些在對水溶液蒸發(fā)器作計(jì)算時(shí)，要注意到如下一些特點(diǎn)：特點(diǎn)：在水溶液蒸發(fā)器中，由于被蒸發(fā)的是含有非揮發(fā)在水溶液蒸發(fā)器中，由于被蒸發(fā)的是含有非揮發(fā)性物質(zhì)的水溶液，溶液的沸點(diǎn)要高于純?nèi)軇┬晕镔|(zhì)的水溶液，溶液的沸點(diǎn)要高于純?nèi)軇?水水)的沸點(diǎn)，稱為溶液的物理化學(xué)溫降。但二次蒸汽的沸點(diǎn)，稱為溶液的物理化學(xué)溫降。但二次蒸汽的溫度卻只等于相應(yīng)壓力下的飽和溫度。的溫度卻只等于相應(yīng)壓力下的飽和溫度。故當(dāng)加熱蒸汽溫度一定時(shí)，