傳熱學(xué)凝結(jié)強(qiáng)化剖析

1、兩種凝結(jié)方法膜狀凝結(jié)：冷凝液能夠濕潤(rùn)壁面，在壁面形成一層連續(xù)液膜，在重力作用下沿壁面流動(dòng)。凝結(jié)過程在液膜和蒸汽的分界面上進(jìn)展，通過這層液膜汽化潛熱才能傳遞給壁面。珠狀凝結(jié)：冷凝液不能夠濕潤(rùn)壁面，冷凝液只能在壁面上形成液珠。液珠長(zhǎng)大后，受重力作用會(huì)不斷攜帶沿途的其它液珠沿壁面流下。同時(shí)，新的液珠又會(huì)在原來的路徑上重新復(fù)生。凝結(jié)放出的汽化潛熱能夠直接傳遞給壁面。珠狀凝結(jié)的換熱系數(shù)大大高于同樣條件下的膜狀凝結(jié)的換熱系數(shù)。2022/8/232凝結(jié)方式分類工業(yè)設(shè)備中最重要的凝結(jié)換熱方式蒸汽凝結(jié)成微小液滴懸浮在汽相中,當(dāng)流過漸擴(kuò)管道壓力升高時(shí)的凝結(jié).發(fā)生在不易濕潤(rùn)的冷卻外表，大局部冷卻壁面與蒸汽直接接觸.

2、發(fā)生在蒸汽與冷液體直接接觸時(shí)，如冷液體噴入蒸汽中，或蒸汽噴入冷液體中.多種蒸汽混合物凝結(jié)成各種不混溶液體時(shí)，同時(shí)存在膜狀和珠狀凝結(jié).2022/8/233當(dāng)蒸汽在豎直管外或豎壁上凝結(jié)時(shí)，管子曲率的影響一般可不予考慮。冷凝液沿豎壁的流動(dòng)狀態(tài)，一般上部為層流，在一定條件下，膜層的下部可能轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧髁鲃?dòng)。蒸汽在豎直管內(nèi)凝結(jié)時(shí)，需要考慮蒸汽流速的影響。蒸汽與流動(dòng)方向一樣時(shí)順流，自上而下，液膜較薄，熱阻較??；蒸汽與凝結(jié)液流動(dòng)方向相反時(shí)逆流，蒸汽自下而上，液膜較厚，熱阻較大。2022/8/234當(dāng)蒸汽在水平管外凝結(jié)時(shí)，流動(dòng)途徑較短，不易形成湍流。在水平管束中凝結(jié)時(shí)，上排管子上的冷凝液滴落在下排管壁上，導(dǎo)致液

3、膜增厚，換熱減弱。蒸汽在水平管內(nèi)凝結(jié)時(shí)，管內(nèi)上部空間積聚蒸汽，下部那么積存較多的凝結(jié)液，導(dǎo)致冷凝管實(shí)際傳熱面積減小，在其它條件一樣時(shí)，水平管內(nèi)凝結(jié)換熱系數(shù)往往低于豎直管內(nèi)的凝結(jié)換熱系數(shù)。蒸汽流速對(duì)換熱與阻力有很大影響。2022/8/235凝結(jié)換熱計(jì)算1垂直管或垂直壁面上的膜狀凝結(jié)靜止或流動(dòng)速度不大的干凈蒸汽平均凝結(jié)換熱系數(shù)2水平單管外的膜狀凝結(jié)3水平管束上的膜狀凝結(jié)垂直方向管排數(shù)2022/8/2364水平管內(nèi)的膜狀凝結(jié)2022/8/237豎直管外強(qiáng)化凝結(jié)傳熱的根本原理豎直管外壁面上的縱向圓肋或是金屬掛線、矩形肋、各種縱槽或螺旋槽均可起到強(qiáng)化凝結(jié)傳熱的作用。冷凝液膜的流動(dòng)受到重力和外表張力的影響

4、。重力的作用使液膜沿肋根兩側(cè)或槽谷自上而下地流脫壁面；外表張力的作用使液膜沿水平方向流到肋的兩側(cè)或槽的谷底。這樣在肋或槽峰兩側(cè)上的冷凝液膜就會(huì)變得極薄，傳熱熱阻降低。(Gregorig效應(yīng))2022/8/238飽和水蒸汽在豎直圓肋管上凝結(jié)傳熱增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，右圖。冷凝管為鋁管，外徑，管壁厚度，有效長(zhǎng)度1080mm。圓肋金屬掛線的直徑，均布，圓肋數(shù)量為3，4，8，12。8條圓肋的效果最好2022/8/239豎直溝槽外表溝槽形狀：V型、矩形、半圓形、余弦形、平底尖頂型等。2022/8/2310換熱系數(shù)隨溫差增大而減小局部換熱系數(shù)沿流動(dòng)方向減小2022/8/2311豎直溝槽管中的液膜厚度與槽深相等時(shí)，

5、為臨界液膜厚度，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的管長(zhǎng)為臨界管長(zhǎng)。當(dāng)冷凝管的長(zhǎng)度大于臨界管長(zhǎng)時(shí)，冷凝管上便會(huì)出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。液泛現(xiàn)象的始發(fā)位置為液泛點(diǎn)，液泛點(diǎn)以下的溝槽外表就不再起強(qiáng)化凝結(jié)傳熱的作用。臨界管長(zhǎng)與S/H(槽距與槽深之比)相關(guān)，溝槽數(shù)目越多，那么槽深就越小，容納和排出冷凝液的能力就越低。2022/8/2312可以在開設(shè)溝槽的管外壁裝設(shè)排液盤，使冷凝液分段沿排液盤滴落。2022/8/2313水平管外的強(qiáng)化凝結(jié)傳熱在水平旋轉(zhuǎn)的環(huán)形低翅管、螺旋翅管螺旋槽管或粗糙肋管等管外外表上，對(duì)水蒸汽、碳?xì)浠衔镆约爸吕鋭┑冉橘|(zhì)的凝結(jié)有強(qiáng)化作用。冷凝液在翅片側(cè)面呈膜狀，冷凝液膜在相鄰翅片構(gòu)成的槽道中沿管壁圓周流下，積聚在管子

6、底部的冷凝液呈滴狀脫離壁面。平均滯留角上部液膜較薄,傳熱強(qiáng)化下部積聚凝結(jié)液,不利于傳熱2022/8/2314高效冷凝管1975年問世的粗糙微翅管又稱THERMOEXCEL-C管，簡(jiǎn)稱C管。其翅片側(cè)面粗糙，頂部呈鋸齒狀。這種細(xì)密、鋒利的外表鋸齒構(gòu)造，不但可使冷凝液膜變薄，而且有利于冷凝液的滴落。在一樣的傳熱溫差下，R-113、R-11在這種外表上的凝結(jié)系數(shù)可為光滑管的812倍；為環(huán)形低翅管的1.52倍。2022/8/2315螺旋槽管的槽深有最正確值。2022/8/2316水平內(nèi)翅管的凝結(jié)換熱系數(shù)可較光滑管內(nèi)的提高120300%左右，而流動(dòng)阻力僅略有增加；內(nèi)含扭帶管的凝結(jié)換熱系數(shù)可較光滑管內(nèi)的提高

7、30%左右，但流動(dòng)阻力會(huì)增加250%以上。2022/8/2317珠狀凝結(jié)的先決條件是冷凝液不濕潤(rùn)壁面。只有冷凝壁材料的外表能較低，冷凝液才能在它上面以液珠形式而不是以膜狀形式鋪展。在過冷壁面的微小凹穴、狹窄細(xì)縫或固體微粒凸起處，液珠生成的可能性最大，是珠狀凝結(jié)的核化中心。在這些小液珠上不斷有蒸汽凝結(jié)發(fā)生，凝結(jié)放出的汽化潛熱主要通過液珠內(nèi)部的導(dǎo)熱傳遞給冷凝壁面。液珠分為附著在壁面上的液珠和沿壁面流動(dòng)的液珠。前者的最大直徑記作Dmax，后者開場(chǎng)流動(dòng)時(shí)的直徑記作Ds。2022/8/2318珠狀凝結(jié)可發(fā)生在較大的外表過冷度范圍之內(nèi)。當(dāng)外表過冷度到達(dá)一定數(shù)值后，將向膜狀凝結(jié)過渡。在豎直冷凝壁上珠狀凝結(jié)時(shí)

8、，壁面下部也仍然可保持良好的傳熱性能。飽和水蒸汽速度附著在壁面上液珠最大直徑沿壁面開場(chǎng)流動(dòng)時(shí)的液珠直徑2022/8/2319實(shí)現(xiàn)珠狀凝結(jié)的途徑憎水基有機(jī)化合物涂層.如油酸、硬脂酸；金屬硫化物涂層.如硫化銀涂層；貴金屬鍍層.金、銀、銠、鈀、鉑、鉻等；高分子聚合物涂層.如聚四氟乙烯涂層；在蒸汽中注入不濕潤(rùn)性介質(zhì).可維持12500小時(shí)2022/8/2320冷凝器用同向雙尺度波紋板對(duì)于凝結(jié)過程，小波紋更有利于減薄液膜，強(qiáng)化凝結(jié)側(cè)傳熱系數(shù)；但將影響板內(nèi)外流體的通流量。為此提出了能兼顧流通面積和強(qiáng)化傳熱效應(yīng)的同向雙尺度波紋。2022/8/2321Mathematic model and calculati

9、on for heat transfer during condensation on surfaces of corrugated plates cross corrugated plate channels 2022/8/2322Fig. 2 condensation model for Fig. 3 flow coordinates a pitch of corrugation2022/8/23232022/8/2324(a) (b) (c)Fig. 4 results of certain corrugation plates2022/8/2325Fig. 5 B versus q w

10、ith different l0 at H=300mm 2022/8/2326(a) H=300mm (b) H=600mmFig. 6 /0 versus q with different l0 at=40,=60, r2=1.5mm,=0.5mm. 2022/8/2327Fig. 7 /0 versus q with different r2 at=40,=60, l0=20mm, H=300mm2022/8/2328Fig.8 /0 versus q with different at r2=1.5mm,=60, l0=20mm, H=300mm 2022/8/2329 Fig. 9 /

11、0 versus q with different at r2=1.5mm,=40, l0=20mm, H=300mm2022/8/2330螺旋流動(dòng)和傾斜折流板疏液強(qiáng)化凝結(jié)傳熱研究國(guó)家自然科學(xué)基金面上工程：資助號(hào)：；總經(jīng)費(fèi)：80萬(wàn)元；起始和結(jié)題時(shí)間：；負(fù)責(zé)人：陳亞平 改善冷凝液液膜形態(tài)和有效疏液流動(dòng)是提高冷凝器膜狀凝結(jié)傳熱效率的關(guān)鍵；本工程重點(diǎn)圍繞由立式螺旋折流板冷凝器殼側(cè)螺旋流動(dòng)以及傾斜折流板對(duì)管束上液膜的引導(dǎo)疏液與對(duì)傳熱外表的更新作用相關(guān)的凝結(jié)液膜形態(tài)變化對(duì)傳熱影響這一科學(xué)問題開展相關(guān)根底探索；通過數(shù)值模擬、可視化試驗(yàn)與傳熱性能試驗(yàn)。2022/8/2331研究立式螺旋折流板冷凝器幾何構(gòu)造因

12、素對(duì)凝結(jié)過程傳熱的影響折流板傾斜角變化，變傾斜角，相鄰折流板有無(wú)周向重疊，折流板出口有無(wú)擋液邊，折流板外圍有無(wú)排液缺口，單頭與多頭螺旋等。2022/8/2332探索各因素對(duì)凝結(jié)形態(tài)演化與局部熱力學(xué)特征的影響；描述在此凝結(jié)過程中汽流與液膜形態(tài)耦合共存的根本現(xiàn)象、熱力學(xué)非平衡性和汽液流動(dòng)與傳熱規(guī)律，尋求相關(guān)分析預(yù)測(cè)方法，較深層地認(rèn)識(shí)相關(guān)根底物理現(xiàn)象與過程；并將上述方案的結(jié)果與傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器方案進(jìn)展比照；完善相關(guān)技術(shù)和根底理論，為相關(guān)技術(shù)改進(jìn)和應(yīng)用奠定根底。 2022/8/2333第十章強(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用10.1 氣-氣換熱器如空氣預(yù)熱器：煙氣-空氣管式光管；螺紋槽管；管內(nèi)螺旋翅片、螺旋線圈，管外翅片穿插流；屢次穿插；逆流；順流板式平板式；波紋板式板翅式：壓縮空氣風(fēng)冷卻器熱管式：兩側(cè)翅片或肋片，可控制壁面溫度。蓄熱式回轉(zhuǎn)式：電廠、新風(fēng)機(jī)組2022/8/233410.2 氣-液換熱器如：油-風(fēng)冷卻器，水/乙二醇-風(fēng)冷卻器、鍋爐省煤器、燃?xì)馊加湾仩t節(jié)能器板翅式管翅式，風(fēng)機(jī)盤管管殼式套管式