增強(qiáng)凝結(jié)換熱措施課件

1、第七章 凝結(jié)與沸騰換熱主要內(nèi)容：相變換熱機(jī)理及基本的換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。第一節(jié) 凝 結(jié) 換 熱兩種凝結(jié)方式：1. 膜狀凝結(jié)換熱1.1 層流膜狀凝結(jié)理論解層流膜狀凝結(jié)理論解是1916 年努謝爾特最先導(dǎo)得的。 珠狀凝結(jié)：當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠，此時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)（可能大幾倍，甚至一個數(shù)量級）g膜狀凝結(jié)：沿整個壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞g液膜狀況理論近似平衡分析 基本特征如圖 基本假設(shè)物性參數(shù)為常數(shù)；液膜流動狀態(tài)為層流；液膜表面溫度等于蒸汽飽和溫度

2、；蒸汽是靜止的，對液膜表面無粘滯應(yīng)力作用；液膜很薄且流動速度緩慢，可忽略液膜慣性力；凝結(jié)熱以導(dǎo)熱方式通過液膜，膜內(nèi)溫度為線性；忽略液膜過冷度，凝液的焓即為飽和液體的焓。 理論分析以液膜為研究對象，取一微元體(如圖)，分析其質(zhì)量、動量和能量平衡。 速度分布由于忽略液膜慣性力，液膜內(nèi)的速度僅由粘性力與重力所決定。經(jīng)理論分析可得斷面內(nèi)的速度分布函數(shù)為驗證： 粘滯力與重力相平衡，說明速度分布正確 質(zhì)流量即給定液膜厚度，就能確定液膜內(nèi)的質(zhì)量流量，微分關(guān)系式為 能量平衡關(guān)系式 液膜厚度 對流換熱系數(shù)積分求出垂直壁面層流液膜的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：1.2 層流膜狀凝結(jié)換熱準(zhǔn)則關(guān)系式凝結(jié)液膜雷諾數(shù) 及凝結(jié)準(zhǔn)則Co

3、，準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式因雷諾數(shù)與待求的換熱系數(shù) h 有關(guān)，凝結(jié)換熱系數(shù)的計算需要試算。其他形狀物體表面及紊流換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式見書中推薦的公式。思考與注意：如果紊流部分所占比例不是很大，整個壁面的平均凝結(jié)換熱系數(shù)應(yīng)按加權(quán)平均計算雷諾數(shù)的計算2. 影響膜狀凝結(jié)的因素及增強(qiáng)換熱的措施影響因素：蒸氣速度，順液膜流動方向或蒸汽流速很大(10m/s)，增強(qiáng)凝結(jié)換熱；蒸氣含不凝氣體，阻礙蒸汽向液體表面的流動，降低傳熱效果；表面粗糙度，低雷諾數(shù)時降低傳熱系數(shù)，高雷諾數(shù)時增強(qiáng)換熱；蒸氣含油，形成油垢增加熱阻；蒸氣過熱，過熱度對換熱系數(shù)影響很小。改變表面幾何特征，如開槽、掛絲，加速凝液排除；有效排出不凝氣體 ；使用外力，如離

4、心力、振動等，加速凝液排除；促進(jìn)珠狀凝結(jié)。增強(qiáng)凝結(jié)換熱措施：第二節(jié) 沸 騰 換 熱 沸騰分為大空間沸騰(池內(nèi)沸騰)和有限空間沸騰(強(qiáng)制對流沸騰)，每種又分為過冷沸騰和飽和沸騰。大容器沸騰(池內(nèi)沸騰)：加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰；強(qiáng)制對流沸騰：強(qiáng)制對流沸騰(常見于管內(nèi)沸騰)Heated SurfaceLiquidflowBubble flowSlug flowAnnular flowMist flow1. 泡態(tài)沸騰機(jī)理(汽泡動力學(xué)簡介)飽和沸騰：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，稱之為飽和沸騰過冷沸騰：指液體主流尚未達(dá)到飽和溫度，即處于過冷狀態(tài)，而

5、壁面上開始產(chǎn)生氣泡，稱之為過冷沸騰 汽泡的成長過程 實驗表明，通常情況下，沸騰時汽泡只發(fā)生在加熱面的某些點，而不是整個加熱面上，這些產(chǎn)生氣泡的點被稱為汽化核心，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。 氣泡力平衡分析 上半球面壓強(qiáng)差作用力表面張力作用力兩力平衡時 時，氣泡繼續(xù)長大。同時說明 R 越小，所需壓強(qiáng)差越大。R 0 時，所需壓強(qiáng)差趨于無窮大。 此時，氣泡既不長大也不縮小。 飽和溫度與飽和壓力的關(guān)系 飽和溫度與飽和壓力一一對應(yīng)，其關(guān)系可用以下微分關(guān)系式描述通常氣泡內(nèi)外壓強(qiáng)差很小，可近似地描述為 氣泡生成長大的條件結(jié)合力平衡及飽和溫度壓力關(guān)系，得氣泡生成

6、長大的條件 或 ()svsttrTR-rs2熱力學(xué)第二定律要求 過熱度 越小，所需最小半徑 越大；過熱度 ，則所以定義 表示氣泡核的最小生成半徑半徑大于氣泡核生成時的最小半徑的壁面微孔可成為氣化核心,因此氣泡總是先在壁面上產(chǎn)生2. 飽和沸騰過程和沸騰曲線 飽和沸騰時，壁溫與飽和溫度之差稱為沸騰溫差。隨t 的變化有三種沸騰狀態(tài)：對流沸騰、泡態(tài)沸騰及膜態(tài)沸騰。水的沸騰曲線如圖所示各階段沸騰換熱特點對流沸騰：氣泡不能脫離壁面和上??；泡態(tài)沸騰：核沸騰，氣泡大量的生成和劇烈的運動，換熱強(qiáng)度劇增；臨界熱流密度：沸騰熱流量的峰值，該值對應(yīng)的狀態(tài)點又稱燒毀點；膜態(tài)沸騰：壁面被一層穩(wěn)定的氣膜所覆蓋；過渡態(tài)沸騰：

7、壁面被不穩(wěn)定的氣膜所覆蓋；液體主體過熱度：液體主體溫度與飽和溫度之差。水的液體主體過熱度約為0.30.4C。3. 大空間泡態(tài)沸騰換熱系數(shù)的計算 4. 泡態(tài)沸騰換熱的增強(qiáng)措施制造更多的汽化核心，加強(qiáng)壁面附近液體的循環(huán)流動。 換熱系數(shù)按經(jīng)驗公式計算，請參閱書上推薦的公式。如米海耶夫公式：或代入牛頓公式后化為第三節(jié) 熱 管熱管定義：由管殼和工作液組成的一個封閉系統(tǒng)。熱管特點：靠流動蒸汽的潛熱傳遞熱量，故傳熱能力大，若把它當(dāng)作導(dǎo)熱元件看待，它的導(dǎo)熱能力可超過同樣形狀和大小的銅、銀品的導(dǎo)熱能力幾倍到幾千倍；由于沸騰和凝結(jié)是在同一根管內(nèi)，兩者間幾乎沒有壓力差，故加熱區(qū)和散熱區(qū)的溫度接近相等，整個熱管趨于等溫，減少了傳熱時的溫差損失；采用不同的工作液，可使熱