有相變傳熱系數(shù)的計算

大空間自然對流傳熱蒸汽冷凝時的對流給熱保溫層的臨界直徑1、大空間自然對流傳熱過程各種情況下的C、n及特征尺寸d0的取值見書上附表4.3.2。水蒸汽冷凝傳熱是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的一種加熱方式。研究水蒸汽冷凝傳熱的規(guī)律，有效提高水蒸汽的傳熱效率，可以達(dá)到能源充分利用的目的。水蒸汽冷凝是一種常見的自然現(xiàn)象，例如水蒸汽在玻璃杯壁面上的凝結(jié)、冬季水蒸汽在玻璃窗上的凝結(jié)現(xiàn)象。2蒸汽冷凝傳熱過程蒸汽冷凝換熱器1列管式換熱器水蒸汽入口物料入口冷凝液出口物料出口蒸汽冷凝傳熱規(guī)律板式換熱器水蒸汽入口物料入口冷凝液出口物料出口蒸汽冷凝換熱器2蒸汽冷凝傳熱規(guī)律

冷凝液膜描述：知識回顧：導(dǎo)熱速率與壁面厚度成反比；穩(wěn)態(tài)傳熱時，對流傳熱的傳熱速率取決于層流底層的導(dǎo)熱速率；層流底層越薄，傳熱系數(shù)越大蒸汽冷凝傳熱規(guī)律溫度變化特點：蒸汽內(nèi)部的溫度均一，為飽和溫度；溫度變化主要集中在液膜內(nèi)。TsTwTsTw垂直壁面(豎板or豎管)上的冷凝傳熱系數(shù)變化規(guī)律Q層流湍流(液膜流動)αL(傳熱系數(shù))層流區(qū)，液膜內(nèi)的傳熱以導(dǎo)熱方式進(jìn)行湍流主體，對流傳熱；層流底層，導(dǎo)熱層流膜厚增加，傳熱系數(shù)減小流體湍動程度越大，層流底層厚度越薄層流底層厚度增加，傳熱系數(shù)減小蒸汽冷凝傳熱規(guī)律TsTw由上述分析可知：冷凝液膜層流層或?qū)恿鞯讓釉奖。羝淠膫鳠嵯禂?shù)越大強化蒸汽冷凝傳熱的措施：減少冷凝液膜層流層或?qū)恿鞯讓拥暮穸仍O(shè)法獲得滴狀冷凝，如在冷凝壁面上生成疏水涂層，可提高傳熱系數(shù)10倍左右；高速蒸汽噴射壁面，將液膜吹?。辉趥鳠岜诿嫔祥_縱向凹槽→冷凝液借重力順槽下降；沿縱向裝金屬絲or直翅片，加快冷凝液的下流速度。蒸汽冷凝傳熱規(guī)律簡化假設(shè)：

ⅰ豎壁面TW=const.→壁面上液體溫度=TW；汽、液界面處溫度為TS；

ⅱ冷凝過程中，冷凝液物性ρ、μ、λ=const.；特點：層流→熱量主要以熱傳導(dǎo)方式穿過液膜。可在簡化前提下，通過解析方法推導(dǎo)出α計算式→實驗修正。Lα1）液膜呈層流(Re<2100)時的對流傳熱系數(shù)ⅴ蒸汽的密度遠(yuǎn)小于液體的密度ρv<<ρ→即液膜運動主要取決于重力與粘性力→浮力的影響則可忽略；ⅵ通過冷凝液膜的傳熱是垂直于壁面方向的純導(dǎo)熱，溫度分布呈線性變化。Lαⅲ蒸汽處于靜止?fàn)顟B(tài)→蒸汽對液膜沒有摩擦力；ⅳ液膜流動呈穩(wěn)定狀態(tài)→液膜作等速向下流動(液體加速度被忽略)；傅立葉定律：牛頓冷卻定律：xδxTgTSTw熱流方向Twαx穩(wěn)態(tài)傳熱：αx：距頂端x處的局部對流傳熱系數(shù)λ；δx～x。根據(jù)理論推導(dǎo)，得δx～x關(guān)聯(lián)式：確定出壁高為L時的平均對流傳熱系數(shù)α平均。

式中：蒸汽的冷凝潛熱γ——取TS下的值；其余物性值均按液膜平均溫度——Tm=(TS+TW)/2確定。

M冷凝負(fù)荷：單位潤濕周邊上流過的冷凝液的質(zhì)量流量，kg/m·s；

ms冷凝液的質(zhì)量流量：kg/s→M=ms/b

b潤濕周邊：m，對豎的平壁，為壁的寬度；對于豎管，為管外壁周長；

S液膜的橫截面積，即液膜流通截面積

de當(dāng)量直徑：de=4S/b冷凝液膜流型的判斷——Re=f(M)實驗對理論推導(dǎo)公式的修正：

因?qū)嶒灢豢赡芡耆珜崿F(xiàn)理論推導(dǎo)時所作的簡化假定，如蒸汽速度≠0→需用實驗結(jié)果對理論公式進(jìn)行修正。修正后當(dāng)冷凝液膜呈層流流動時，有：2)液膜呈湍流(R>2100)時的對流傳熱系數(shù)目前，還完全依靠實驗測得.③水平管外的冷凝因管徑通常較小→蒸汽在水平管外冷凝時，液膜一般呈層流狀態(tài)。1)單根水平管外層流膜狀冷凝d0：管外徑2)水平管束外對流傳熱系數(shù)——管束間影響復(fù)雜特點：第一排管——其冷凝情況與水平放置的單根圓管相同；其它各排——其冷凝情況要受到它上面各排管子流下的冷凝液影響。目前，對管束間的影響還未總結(jié)出普遍適用的規(guī)律。對純蒸汽冷凝→熱阻集中在液膜內(nèi)→凡影響液膜狀況→α冷凝δReα冷凝↑物性、△T；ug、流向、過熱；不凝氣；傳熱面的形狀與布置。設(shè)法獲得滴狀冷凝；高速蒸汽噴射壁；吹成霧狀冷凝液等。④

影響冷凝傳熱的主要因素及冷凝傳熱過程的強化流體物性與液膜兩側(cè)傳熱溫差的影響

ρ：

μ：

λ：

γ：△T：2)蒸汽流速與流向的影響

蒸汽u↑，蒸汽與液膜間摩擦力作用不能忽略，且u的影響隨蒸汽壓強↑加劇。向下流，蒸汽與液膜流動方向相同α冷凝↑；向上流，u不大時，阻礙液膜流動，δ↑，α冷凝↓；

u↑↑，液膜被吹離壁面，α冷凝↑↑。δ↓液膜波動3)不凝氣的影響不凝氣在液膜與蒸汽之間形成一層氣膜(冷卻過程)→附加熱阻↑↑，α冷凝↓↓。通常在靜止的蒸汽中，當(dāng)不凝氣含量僅為1%時→冷凝傳熱系數(shù)降低60%左右。在冷凝器的設(shè)計中，蒸汽冷凝側(cè)設(shè)排氣孔→定期排放不凝氣。4)蒸汽過熱(TV>TS)的影響過熱蒸汽的冷凝但液膜內(nèi)傳熱溫差仍為TS-TW；通常過熱蒸汽冷凝→按飽和蒸汽冷凝處理→計算誤差在實際工程計算中忽略。過熱蒸汽冷卻(TV-TS)；飽和蒸汽的冷凝TS；5)傳熱面的形狀與布置——強化冷凝傳熱強化冷凝傳熱過程α冷凝↑的主要途徑→液膜厚度δ↓。

水平管：傾斜排列→冷凝液盡可能沿各排管切向流過；減少垂直方向上管排數(shù)；垂直管：縱向凹槽→凝液借重力順槽下降；沿縱向裝金屬絲or直翅片；δ↓⑤加熱面的布置如：水平管束→下排管表面上產(chǎn)生的汽泡向上浮升，引起對上排管的附加擾動→α水平管束

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α單管。擾動程度：液體沸騰壓強、熱負(fù)荷、液體性質(zhì)、管排間距等。3.保溫層的臨界直徑TiTor1r2L時，有：，Q有極值。本節(jié)小結(jié)1蒸汽冷凝傳熱過程特點：

傳熱、相變相伴發(fā)生

→α有相變>α無相變；2膜狀冷凝傳熱熱阻幾乎全部集中在冷凝液膜