74沸騰傳熱匯總課件

沸騰傳熱7.4沸騰傳熱的模式7.5大容器沸騰傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式7.6沸騰傳熱的影響因素及其強(qiáng)化沸騰傳熱7.4沸騰傳熱的模式基本概念定義：

a沸騰：工質(zhì)內(nèi)部形成大量氣泡并由液態(tài)轉(zhuǎn)換到氣態(tài)的一種劇烈的汽化過程

b沸騰換熱：指工質(zhì)通過氣泡運(yùn)動(dòng)帶走熱量，并使壁面冷卻的一種傳熱方式沸騰換熱也是對(duì)流換熱的一種，因此，牛頓冷卻公式仍然適用基本概念定義：沸騰換熱也是對(duì)流換熱的一種，因此，牛頓冷卻公式大空間沸騰管內(nèi)沸騰飽和沸騰過冷沸騰飽和沸騰過冷沸騰沸騰分類大空間沸騰管內(nèi)沸騰飽和沸騰過冷沸騰飽和沸騰過冷沸騰沸騰分類基本概念大空間沸騰：高于飽和溫度的熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中進(jìn)行沸騰特點(diǎn)：蒸氣泡自由浮升，進(jìn)入容器空間管內(nèi)沸騰：因空間限制，蒸氣和液體混合在一起，構(gòu)成汽液兩相流特點(diǎn)：沸騰狀態(tài)隨流向不斷改變壁面附近的流體運(yùn)動(dòng)是由自然對(duì)流及氣泡的生長(zhǎng)和脫離導(dǎo)致的混合而引起的流體的運(yùn)動(dòng)是由外部手段及自然對(duì)流和氣泡引發(fā)的混合而引起的基本概念大空間沸騰：高于飽和溫度的熱壁面沉浸在具有自由表面的將同樣的兩滴水分別滴在溫度為120℃和300℃的鍋面上，試問哪只鍋上的水先被燒干，為什么？將同樣的兩滴水分別滴在溫度為120℃和300℃的鍋面上，試問大容器飽和沸騰曲線DBCAENaturalconvectionNucleateboilingTransitionboilingFilmboilingDeparturefromNucleateboiling大容器飽和沸騰曲線DBCAENaturalconvecti管內(nèi)沸騰換熱管內(nèi)沸騰換熱(1)汽化核心

實(shí)驗(yàn)表明，通常情況下，沸騰時(shí)汽泡只發(fā)生在加熱面的某些點(diǎn)，而不是整個(gè)加熱面上，這些產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)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。產(chǎn)生沸騰的條件(1)汽化核心產(chǎn)生沸騰的條件(2)液體過熱產(chǎn)生沸騰的條件(2)液體過熱產(chǎn)生沸騰的條件影響核態(tài)沸騰的因素主要是過熱度和汽化核心數(shù)，而汽化核心數(shù)受材料、表面狀況、壓力等因素的支配，所以沸騰換熱的情況液比較復(fù)雜，導(dǎo)致計(jì)算公式分歧較大。目前存在兩種計(jì)算是，一種是針對(duì)某一種液體，另一種是廣泛適用于各種液體的。1大容器飽和核態(tài)沸騰為此，書中分別推薦了兩個(gè)計(jì)算式大容器沸騰換熱計(jì)算式影響核態(tài)沸騰的因素主要是過熱度和汽化核心數(shù)，而汽化核對(duì)于水的大容器飽和核態(tài)沸騰，教材推薦使用，壓力范圍：105～4106Pa（1）米海耶夫公式——水按對(duì)于水的大容器飽和核態(tài)沸騰，教材推薦使用，壓力范圍：105～（2）羅森諾公式——多種液體既然沸騰換熱也屬于對(duì)流換熱，那么，st=f(Re,Pr)也應(yīng)該適用。羅森諾正是在這種思路下，通過大量實(shí)驗(yàn)得出了如下實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：（2）羅森諾公式——多種液體既然沸騰換熱也屬于對(duì)流換熱，那么式中，r—汽化潛熱；

Cpl—飽和液體的比定壓熱容

g—重力加速度

l—飽和液體的動(dòng)力粘度

Cwl—取決于加熱表面－液體組合情況的實(shí)驗(yàn)常數(shù)(表7-1)q—沸騰傳熱的熱流密度

s—經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，水s=1,否則，s=1.7式中，2大容器沸騰的臨界熱流密度書中推薦使用如下經(jīng)驗(yàn)公式：物性值由飽和溫度ts決定外2大容器沸騰的臨界熱流密度書中推薦使用如下經(jīng)驗(yàn)公式：物性3大容器膜態(tài)沸騰的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（1）橫管的模態(tài)沸騰式中，除了r和l的值由飽和溫度ts決定外，其余物性均以平均溫度tm

＝(tw＋ts)/2為定性溫度，特征長(zhǎng)度為管子外徑d,如果加熱表面為球面，則上式中的系數(shù)0.62改為0.673大容器膜態(tài)沸騰的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（1）橫管的模態(tài)沸騰式中，除了（2）考慮熱輻射作用由于模態(tài)換熱時(shí)，壁面溫度一般較高，因此，有必要考慮熱輻射換熱的影響，它的影響有兩部分，一是直接增加了換熱量，另一個(gè)是增大了汽膜厚度，從而減少了換熱量。因此，必須綜合考慮熱輻射效應(yīng)。勃洛姆來建議采用如下超越方程來計(jì)算：（2）考慮熱輻射作用由于模態(tài)換熱時(shí)，壁面溫度一般較高，因此，影響沸騰換熱的因素沸騰換熱是我們學(xué)過的換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的，影響因素也最多，由于我們只學(xué)習(xí)了大容器沸騰換熱，因此，影響因素也只針對(duì)大容器沸騰換熱。1不凝結(jié)氣體液體中的不凝結(jié)氣體會(huì)使沸騰換熱得到某種程度的強(qiáng)化2過冷度只影響過冷沸騰，不影響飽和沸騰，因自然對(duì)流換熱時(shí)，，因此，過冷會(huì)強(qiáng)化換熱。影響沸騰換熱的因素沸騰換熱是我們學(xué)過的換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的，影3液位高度當(dāng)傳熱表面上的液位足夠高時(shí)，沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與液位高度無關(guān)。但當(dāng)液位降低到一定值(臨界液位)時(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會(huì)明顯地隨液位的降低而升高。3液位高度4重力加速度

隨著航空航天技術(shù)的進(jìn)步，超重力和微重力條件下的傳熱規(guī)律得到蓬勃發(fā)展，但目前還遠(yuǎn)沒到成熟的地步，就現(xiàn)有的成果表明，從0.1~1009.8m/s2

的范圍內(nèi)，g對(duì)核態(tài)沸騰換熱規(guī)律沒有影響，但對(duì)自然對(duì)流換熱有影響，由于

因此，gNu換熱加強(qiáng)。4重力加速度5沸騰表面的結(jié)構(gòu)

沸騰表面上的微小凹坑最容易產(chǎn)生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，換熱就會(huì)得到強(qiáng)化。近幾十年來的強(qiáng)化沸騰換熱的研究主要是增加表面凹坑。目前有兩種常用的手段：用燒結(jié)、釬焊、火焰噴涂、電離沉積等物理與化學(xué)手段在換熱表面上形成多孔結(jié)構(gòu)。機(jī)械加工方法。5沸騰表面的結(jié)構(gòu)74沸騰傳熱匯總課件一個(gè)平底紫銅鍋的底部直徑為0.3m，由電加熱器維持在118℃。計(jì)算使鍋中的水沸騰所需的功率。蒸發(fā)速率？臨界熱流密度？

Q＝qA＝59.1kW一個(gè)平底紫銅鍋的底部直徑為0.3m，由電加熱器維持在118℃一個(gè)柱形金屬鎧裝加熱元件水平的浸沒在水浴中，它的直徑為6mm，表面發(fā)射率為1。在穩(wěn)態(tài)條件下金屬的表面溫度為255℃。計(jì)算單位長(zhǎng)度加熱器的功耗。

一個(gè)柱形金屬鎧裝加熱元件水平的浸沒在水浴中，它的直徑為6mm1、在對(duì)流溫度差大小相同的條件下,在夏季和冬季,屋頂天花板內(nèi)表面的對(duì)流換熱系數(shù)是否相同?為什么?2、在地球表面某實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)的自然對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)，到太空中是否仍然有效，為什么？1、在對(duì)流溫度差大小相同的條件下,在夏季和冬季,屋在室溫下，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大50倍以上，因此希望采用雙層結(jié)構(gòu)的窗戶，在這種結(jié)構(gòu)中，兩層玻璃板之間有空氣層。若通過空氣層的傳熱為導(dǎo)熱，可以通過增大間隙厚度δ來提高相應(yīng)熱阻。但是，這種方法的功效受到一些限制，因?yàn)槿绻某^臨界值就會(huì)引發(fā)對(duì)流流動(dòng)，從而使熱阻降低?？紤]溫度分別為22℃和-20℃的垂直玻璃板封裝的常壓空氣。要是通過空氣的傳熱為導(dǎo)熱，允許的最大間距是多少？在室溫下，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大50倍以上，因此希望采用雙層飽和水蒸汽在長(zhǎng)2m，外徑19mm的管外凝結(jié)，如氣壓為0.074bar(絕對(duì))，管壁平均溫度為25℃，求將管橫放和豎放時(shí)的平均凝結(jié)換熱系數(shù)及凝結(jié)液量。飽和水蒸汽在長(zhǎng)2m，外徑19mm的管外凝結(jié)，如氣壓為0.07本章作業(yè)7-11、7-17、7-23本章作業(yè)7-11、7-17、7-23式中：—表面張力，N/m；r—汽化潛熱，J/kgv—蒸汽密度，kg/m3；tw—壁面溫度，Cts—對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度，C可見，(tw

–ts),Rmin同一加熱面上，可成為汽化核心的凹穴數(shù)量增加汽化核心數(shù)增加換熱增強(qiáng)克拉貝隆方程式中：—表面張力，N/m；r—汽化潛熱，J/kg克沸騰傳熱7.4沸騰傳熱的模式7.5大容器沸騰傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式7.6沸騰傳熱的影響因素及其強(qiáng)化沸騰傳熱7.4沸騰傳熱的模式基本概念定義：

a沸騰：工質(zhì)內(nèi)部形成大量氣泡并由液態(tài)轉(zhuǎn)換到氣態(tài)的一種劇烈的汽化過程

b沸騰換熱：指工質(zhì)通過氣泡運(yùn)動(dòng)帶走熱量，并使壁面冷卻的一種傳熱方式沸騰換熱也是對(duì)流換熱的一種，因此，牛頓冷卻公式仍然適用基本概念定義：沸騰換熱也是對(duì)流換熱的一種，因此，牛頓冷卻公式大空間沸騰管內(nèi)沸騰飽和沸騰過冷沸騰飽和沸騰過冷沸騰沸騰分類大空間沸騰管內(nèi)沸騰飽和沸騰過冷沸騰飽和沸騰過冷沸騰沸騰分類基本概念大空間沸騰：高于飽和溫度的熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中進(jìn)行沸騰特點(diǎn)：蒸氣泡自由浮升，進(jìn)入容器空間管內(nèi)沸騰：因空間限制，蒸氣和液體混合在一起，構(gòu)成汽液兩相流特點(diǎn)：沸騰狀態(tài)隨流向不斷改變壁面附近的流體運(yùn)動(dòng)是由自然對(duì)流及氣泡的生長(zhǎng)和脫離導(dǎo)致的混合而引起的流體的運(yùn)動(dòng)是由外部手段及自然對(duì)流和氣泡引發(fā)的混合而引起的基本概念大空間沸騰：高于飽和溫度的熱壁面沉浸在具有自由表面的將同樣的兩滴水分別滴在溫度為120℃和300℃的鍋面上，試問哪只鍋上的水先被燒干，為什么？將同樣的兩滴水分別滴在溫度為120℃和300℃的鍋面上，試問大容器飽和沸騰曲線DBCAENaturalconvectionNucleateboilingTransitionboilingFilmboilingDeparturefromNucleateboiling大容器飽和沸騰曲線DBCAENaturalconvecti管內(nèi)沸騰換熱管內(nèi)沸騰換熱(1)汽化核心

實(shí)驗(yàn)表明，通常情況下，沸騰時(shí)汽泡只發(fā)生在加熱面的某些點(diǎn)，而不是整個(gè)加熱面上，這些產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)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。產(chǎn)生沸騰的條件(1)汽化核心產(chǎn)生沸騰的條件(2)液體過熱產(chǎn)生沸騰的條件(2)液體過熱產(chǎn)生沸騰的條件影響核態(tài)沸騰的因素主要是過熱度和汽化核心數(shù)，而汽化核心數(shù)受材料、表面狀況、壓力等因素的支配，所以沸騰換熱的情況液比較復(fù)雜，導(dǎo)致計(jì)算公式分歧較大。目前存在兩種計(jì)算是，一種是針對(duì)某一種液體，另一種是廣泛適用于各種液體的。1大容器飽和核態(tài)沸騰為此，書中分別推薦了兩個(gè)計(jì)算式大容器沸騰換熱計(jì)算式影響核態(tài)沸騰的因素主要是過熱度和汽化核心數(shù)，而汽化核對(duì)于水的大容器飽和核態(tài)沸騰，教材推薦使用，壓力范圍：105～4106Pa（1）米海耶夫公式——水按對(duì)于水的大容器飽和核態(tài)沸騰，教材推薦使用，壓力范圍：105～（2）羅森諾公式——多種液體既然沸騰換熱也屬于對(duì)流換熱，那么，st=f(Re,Pr)也應(yīng)該適用。羅森諾正是在這種思路下，通過大量實(shí)驗(yàn)得出了如下實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：（2）羅森諾公式——多種液體既然沸騰換熱也屬于對(duì)流換熱，那么式中，r—汽化潛熱；

Cpl—飽和液體的比定壓熱容

g—重力加速度

l—飽和液體的動(dòng)力粘度

Cwl—取決于加熱表面－液體組合情況的實(shí)驗(yàn)常數(shù)(表7-1)q—沸騰傳熱的熱流密度

s—經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，水s=1,否則，s=1.7式中，2大容器沸騰的臨界熱流密度書中推薦使用如下經(jīng)驗(yàn)公式：物性值由飽和溫度ts決定外2大容器沸騰的臨界熱流密度書中推薦使用如下經(jīng)驗(yàn)公式：物性3大容器膜態(tài)沸騰的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（1）橫管的模態(tài)沸騰式中，除了r和l的值由飽和溫度ts決定外，其余物性均以平均溫度tm

＝(tw＋ts)/2為定性溫度，特征長(zhǎng)度為管子外徑d,如果加熱表面為球面，則上式中的系數(shù)0.62改為0.673大容器膜態(tài)沸騰的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（1）橫管的模態(tài)沸騰式中，除了（2）考慮熱輻射作用由于模態(tài)換熱時(shí)，壁面溫度一般較高，因此，有必要考慮熱輻射換熱的影響，它的影響有兩部分，一是直接增加了換熱量，另一個(gè)是增大了汽膜厚度，從而減少了換熱量。因此，必須綜合考慮熱輻射效應(yīng)。勃洛姆來建議采用如下超越方程來計(jì)算：（2）考慮熱輻射作用由于模態(tài)換熱時(shí)，壁面溫度一般較高，因此，影響沸騰換熱的因素沸騰換熱是我們學(xué)過的換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的，影響因素也最多，由于我們只學(xué)習(xí)了大容器沸騰換熱，因此，影響因素也只針對(duì)大容器沸騰換熱。1不凝結(jié)氣體液體中的不凝結(jié)氣體會(huì)使沸騰換熱得到某種程度的強(qiáng)化2過冷度只影響過冷沸騰，不影響飽和沸騰，因自然對(duì)流換熱時(shí)，，因此，過冷會(huì)強(qiáng)化換熱。影響沸騰換熱的因素沸騰換熱是我們學(xué)過的換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的，影3液位高度當(dāng)傳熱表面上的液位足夠高時(shí)，沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與液位高度無關(guān)。但當(dāng)液位降低到一定值(臨界液位)時(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會(huì)明顯地隨液位的降低而升高。3液位高度4重力加速度

隨著航空航天技術(shù)的進(jìn)步，超重力和微重力條件下的傳熱規(guī)律得到蓬勃發(fā)展，但目前還遠(yuǎn)沒到成熟的地步，就現(xiàn)有的成果表明，從0.1~1009.8m/s2

的范圍內(nèi)，g對(duì)核態(tài)沸騰換熱規(guī)律沒有影響，但對(duì)自然對(duì)流換熱有影響，由于

因此，gNu換熱加強(qiáng)。4重力加速度5沸騰表面的結(jié)構(gòu)

沸騰表面上的微小凹坑最容易產(chǎn)生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，換熱就會(huì)得到強(qiáng)化。近幾十年來的強(qiáng)化沸騰換熱的研究主要是增加表面凹坑。目前有兩種常用的手段：用燒結(jié)、釬焊、火焰噴涂、電離沉積等物理與化學(xué)手段在換熱表面上形成多孔結(jié)構(gòu)。機(jī)械加工方法。5沸騰表面的結(jié)構(gòu)74沸騰傳熱匯總課件一個(gè)平底紫銅鍋的底部直徑為0.3m，由電加熱器維持在118℃。計(jì)算使鍋中的水沸騰所需的功率。蒸發(fā)速率？臨界熱流密度？

Q＝qA＝59.1kW一個(gè)平底紫銅鍋的底部直徑為0.3m，由電加熱器維持在118℃一個(gè)柱形金屬鎧裝加熱元件水平的浸沒在水浴中，它的直徑為6mm，表面發(fā)射率為1。在穩(wěn)態(tài)條件下金屬的表面溫度為255℃。計(jì)算單位長(zhǎng)度加