對(duì)流換熱的教案

對(duì)流換熱的教案第1頁(yè)/共64頁(yè)本章基本要求1．掌握熱對(duì)流和對(duì)流換熱的概念，了解對(duì)流換熱過程的熱傳遞機(jī)理。了解邊界層的概念及特點(diǎn)。2．掌握牛頓冷卻公式及式中各量含義，其中關(guān)鍵是對(duì)流換熱系數(shù)α的確定；掌握影響對(duì)流換熱的主要因素。3．理解研究穩(wěn)態(tài)無相變對(duì)流換熱問題時(shí)所常用的準(zhǔn)則數(shù)及其物理意義。4．了解常見的各種無相變對(duì)流換熱過程（如管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱、管外橫向繞流管束時(shí)的強(qiáng)制對(duì)流換熱以及大空間自然對(duì)流換熱）的換熱特點(diǎn)，會(huì)選擇正確的準(zhǔn)則關(guān)系式進(jìn)行不同對(duì)流換熱過程換熱量的計(jì)算。5．掌握蒸汽膜狀凝結(jié)換熱的特點(diǎn)及影響因素。掌握大容器沸騰換熱的三個(gè)階段及其特點(diǎn)，理解臨界熱負(fù)荷的工程指導(dǎo)意義。6．了解強(qiáng)化對(duì)流換熱的主要方法及措施。第2頁(yè)/共64頁(yè)電廠中對(duì)流換熱現(xiàn)現(xiàn)象蒸汽煙氣煙氣第3頁(yè)/共64頁(yè)生活中對(duì)流換熱現(xiàn)現(xiàn)象第4頁(yè)/共64頁(yè)自然界普遍存在對(duì)流換熱，它比導(dǎo)熱更復(fù)雜。某些方面研究比較詳細(xì)，但由于數(shù)學(xué)上的困難；使得在工程上可應(yīng)用的公式大多數(shù)還是經(jīng)驗(yàn)公式（實(shí)驗(yàn)結(jié)果）9-1對(duì)流換熱概述第5頁(yè)/共64頁(yè)1、熱對(duì)流：流體中溫度不同的各部分間發(fā)生宏觀的相對(duì)位移時(shí)所引起的熱量傳遞現(xiàn)象。是三種基本傳熱方式之一。2、對(duì)流換熱：是指流體流經(jīng)固體時(shí)流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象。●電廠中對(duì)流換熱實(shí)例：1）各種換熱設(shè)備管內(nèi)（或管外）流體與管內(nèi)壁間的換熱;2)設(shè)備的散熱等。●對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，對(duì)流換熱是熱對(duì)流導(dǎo)熱綜合作用的結(jié)果；不是基本傳熱方式一、對(duì)流換熱的概念和性質(zhì)第6頁(yè)/共64頁(yè)換熱器中管內(nèi)（管外）壁與流體間的對(duì)流換熱第7頁(yè)/共64頁(yè)(1)導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程(2)必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差(3)由于流體的粘性和受壁面摩擦阻力的影響，緊貼壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層。3、對(duì)流換熱的特點(diǎn)utftwA第8頁(yè)/共64頁(yè)4、對(duì)流換熱的分類按照不同的原因可分為多種類型按是否有相變分為：有相變的對(duì)流換熱（沸騰換熱和凝結(jié)換熱）和無相變的對(duì)流換熱。按流動(dòng)原因分為：強(qiáng)迫對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱。按流動(dòng)狀態(tài)分為：層流和紊流對(duì)流換熱。按換熱面與流體的相對(duì)位置分為：內(nèi)部流動(dòng)與外部流動(dòng)換熱。如:管內(nèi)或槽內(nèi)和外掠平板、圓管、管束。第9頁(yè)/共64頁(yè)4、對(duì)流換熱的分類第10頁(yè)/共64頁(yè)整個(gè)換熱面積的對(duì)流換熱熱阻：二、對(duì)流換熱計(jì)算公式----牛頓公式α——比例系數(shù)（亦稱對(duì)流換熱系數(shù)），對(duì)流換熱強(qiáng)度的標(biāo)志。即為牛頓冷卻定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。就是：固體對(duì)流體的傳熱量Φ，與壁面積A成正比，與壁面和流體間的溫度差Δt成正比。

單位換熱面積的對(duì)流換熱熱阻：第11頁(yè)/共64頁(yè)三、速度邊界層和熱邊界層1、流體的流態(tài)與雷諾數(shù)（1）流態(tài)：層流和紊流（湍流）層流：流速較小，流線相互平行，互不干擾，流體平行于流道流動(dòng)。紊流：流速較大，各流線間相互交錯(cuò)和干擾，流體各部分運(yùn)動(dòng)不規(guī)則。過渡區(qū)：由層流至紊流的過渡狀態(tài)。層流紊流第12頁(yè)/共64頁(yè)（2）流態(tài)的判別--雷諾數(shù)Re（雷諾準(zhǔn)則）流體的流動(dòng)狀況是由多方面因素決定的,流體物性（粘度μ和密度ρ等）、流速u和流道尺寸等都能引起流動(dòng)狀況改變。通過進(jìn)一步的分析研究，可以把這些影響因素組合成一個(gè)無因次量---雷諾數(shù)來判別。雷諾準(zhǔn)數(shù)的定義對(duì)直管內(nèi)流動(dòng)：

Re≤2200穩(wěn)定的層流區(qū)

2200<Re<104

過渡區(qū)

Re≥104

紊流區(qū)對(duì)對(duì)縱掠平板：一般取:Rec=5×105

臨界雷諾數(shù)第13頁(yè)/共64頁(yè)2、速度邊界層（1）概念：緊鄰固體壁面流速發(fā)生劇烈變化的薄層。其厚度δ通常是指由壁面（流速為0）起沿垂直壁面的方向到主流速度uf的99%處的距離。平板上的流動(dòng)邊界層發(fā)展

層流邊界層紊流邊界層層流底層邊界層界限ufufxyuf主流區(qū)第14頁(yè)/共64頁(yè)(2)速度邊界層的重要特性流場(chǎng)可劃分為主流區(qū)和邊界層區(qū)，邊界層內(nèi)才有粘性。邊界層流態(tài)分層流和紊流，而紊流邊界層有層流底層。邊界層的厚度與壁的尺寸相比是極小值，只的幾毫米厚。層內(nèi)速度梯度很大。mm第15頁(yè)/共64頁(yè)局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化趨勢(shì)：αx第16頁(yè)/共64頁(yè)3、溫度（熱）邊界層（1）概念：當(dāng)壁面與流體間有溫差時(shí)，壁面附近溫度梯度很大的一薄層稱為溫度邊界層（熱邊界層）,其厚度用δt表示.Twt

—熱邊界層厚度與t

不一定相等流動(dòng)邊界層與熱邊界層的狀況決定了熱量傳遞過程和邊界層內(nèi)的溫度分布第17頁(yè)/共64頁(yè)（2）溫度邊界層特點(diǎn)溫度邊界層相對(duì)壁面尺寸是極小量；層內(nèi)溫度變化（梯度）很大，層外可認(rèn)為不變化；層流邊界層內(nèi)傳熱主要為壁面法向方向?qū)幔瑩Q熱較弱，邊界層內(nèi)溫度分布呈拋物線型；紊流邊界層內(nèi)層流底層主要為壁面法向方向?qū)?，該層是主要熱阻；而底層外的紊流核心區(qū)主要依靠漩渦擾動(dòng)的混合作用傳熱，對(duì)流換熱較強(qiáng)；總之：對(duì)流換熱=（導(dǎo)熱+熱對(duì)流）綜合作用。第18頁(yè)/共64頁(yè)四、影響換熱系數(shù)的因素1.流體流動(dòng)的動(dòng)力因素強(qiáng)迫對(duì)流自然對(duì)流無流體微團(tuán)的橫向脈動(dòng)，法線方向?yàn)閷?dǎo)熱流體冷、熱部分的密度差產(chǎn)生的浮升力引起，無整齊的宏觀運(yùn)動(dòng)，浮升力的大小是決定因素。2.

流體流動(dòng)的狀態(tài)層流紊流過渡狀態(tài)----外力迫使流體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，有整齊的宏觀運(yùn)動(dòng)，流速是決定因素。有流體微團(tuán)的橫向脈動(dòng)3.流體的熱物性導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容c、動(dòng)力粘度、密度第19頁(yè)/共64頁(yè)4.流體有無相變有相變無相變壁溫高于流體飽和溫度，發(fā)生汽化沸騰現(xiàn)象對(duì)流換熱系數(shù)比有相變時(shí)小得多5.換熱壁面的幾何因素?fù)Q熱壁面的形狀、大小以及相對(duì)于流動(dòng)方向的位置都會(huì)引起換熱系數(shù)的變化。影響對(duì)流換熱系數(shù)的主要因素可用函數(shù)形式表示為：第20頁(yè)/共64頁(yè)五、對(duì)流換熱所用到的準(zhǔn)則和準(zhǔn)則方程式1、研究對(duì)流換熱的方法：分析法：主要是指對(duì)描寫某一類對(duì)流換熱問題的偏微分方程及相應(yīng)的定解條件進(jìn)行數(shù)學(xué)求解，從而獲得速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分析解的方法。實(shí)驗(yàn)法：為了減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)、提高實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的通用性，傳熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定應(yīng)當(dāng)在相似原理指導(dǎo)下進(jìn)行。比擬法：是指通過研究動(dòng)量傳遞及熱量傳遞的共性或類似特性，以建立起表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與阻力系數(shù)間的相互關(guān)系的方法。數(shù)值法：對(duì)對(duì)流換熱進(jìn)行離散求解的一種方法。難點(diǎn)：對(duì)流項(xiàng)的離散及動(dòng)量方程中的壓力梯度項(xiàng)的數(shù)值處理。2、準(zhǔn)則（數(shù)）：在對(duì)流換熱分析中，將多個(gè)影響因素綜合在一起組成的無量物理綱量。有：Nu，Re，Pr，Gr等。第21頁(yè)/共64頁(yè)3、常用準(zhǔn)則（1）努塞爾特?cái)?shù)Nu：Nu表征對(duì)流換熱的強(qiáng)弱大小。（2）雷諾數(shù)Re：Re表示強(qiáng)制對(duì)流換熱時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)換熱的影響（3）普朗特?cái)?shù)Pr：Pr說明流體物性對(duì)換熱的影響。（4）格拉曉夫準(zhǔn)則Gr：Gr表示自然對(duì)流換熱時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)換熱的影響上面中，Nu為待定準(zhǔn)則，其它三個(gè)為已定準(zhǔn)則。第22頁(yè)/共64頁(yè)4、準(zhǔn)則方程式及應(yīng)用時(shí)注意事項(xiàng)（1）準(zhǔn)則方程式：準(zhǔn)則數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。

1）強(qiáng)制對(duì)流時(shí)準(zhǔn)則方程式：

2）自然對(duì)流時(shí)準(zhǔn)則方程式：（2）準(zhǔn)則方程式應(yīng)用注意：定性溫度、特征長(zhǎng)度和特征速度的選取

第23頁(yè)/共64頁(yè)(a)流體溫度：1）定性溫度：確定物性的溫度即定性溫度。相似特征數(shù)中所包含的物性參數(shù)，如：、、Pr等，往往取決于溫度流體沿平板流動(dòng)換熱時(shí)：流體在管內(nèi)流動(dòng)換熱時(shí)：(b)熱邊界層的平均溫度：(c)壁面溫度：在對(duì)流換熱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式中，常用特征數(shù)的下標(biāo)示出定性溫度，如：使用特征數(shù)關(guān)聯(lián)式時(shí)，必須與其定性溫度一致（3）定性溫度、特征長(zhǎng)度和特征速度第24頁(yè)/共64頁(yè)應(yīng)取對(duì)于流動(dòng)和換熱有顯著影響的幾何尺度如：管內(nèi)流動(dòng)換熱：取直徑d流體在流通截面形狀不規(guī)則的槽道中流動(dòng)：取當(dāng)量直徑作為特征尺度：當(dāng)量直徑(de)：過流斷面面積的四倍與濕周之比稱為當(dāng)量直徑Ac——

過流斷面面積，m2P——

濕周，m2）特征長(zhǎng)度：包含在相似特征數(shù)中的幾何長(zhǎng)度；第25頁(yè)/共64頁(yè)3）特征速度：Re數(shù)中的流體速度流體外掠平板或繞流圓柱：取來流速度管內(nèi)流動(dòng)：取截面上的平均速度流體繞流管束：取最小流通截面的最大速度第26頁(yè)/共64頁(yè)9-2流體無相變時(shí)的對(duì)流換熱一、流體在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱電廠中這種換熱很常見：換熱設(shè)備（過熱器、凝汽器等）中管內(nèi)流體與管壁的換熱。紊流區(qū)——過渡區(qū)——），（層流區(qū)——

10Re

10

2200Re

2200Re44>?=<=ndum第27頁(yè)/共64頁(yè)二、影響管內(nèi)對(duì)流換熱的因素1、主要因素：流動(dòng)狀態(tài)、流體物性和管子的尺寸2、其它因素：（1）入口效應(yīng)的影響(短管修正系數(shù))Cl

當(dāng)管子的長(zhǎng)徑比l/d<60時(shí)，屬于短管內(nèi)流動(dòng)換熱，進(jìn)口段的影響不能忽視。（2）彎管的影響CR

在彎曲處由于離心力的作用會(huì)形成垂直于流動(dòng)方向的二次流動(dòng)，從而加強(qiáng)流體的擾動(dòng)，帶來?yè)Q熱的增強(qiáng)。（3）溫差修正系數(shù)(物性修正系數(shù))Ct當(dāng)流體與管壁之間的溫差較大時(shí)，因管截面上流體溫度變化比較大，流體的物性受溫度的影響會(huì)發(fā)生改變，第28頁(yè)/共64頁(yè)二、流體橫掠圓管時(shí)的對(duì)流換熱電廠中各種換熱設(shè)備（過熱器、省煤器等）管外流體與管壁的換熱。外部流動(dòng)：換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，不會(huì)受到鄰近壁面存在的限制。1、流體橫掠單管的對(duì)流換熱橫掠單管：流體沿著垂直于管子軸線的方向流過管子表面。流動(dòng)具有邊界層特征，還會(huì)發(fā)生繞流脫體。第29頁(yè)/共64頁(yè)（1）流動(dòng)特性分離現(xiàn)象：因?yàn)樵诠芎竺娌糠忠蚰鎵毫μ荻?，使邊界層出現(xiàn)分離現(xiàn)象。第30頁(yè)/共64頁(yè)邊界層分離現(xiàn)象AB：流道縮小，順壓強(qiáng)梯度，加速減壓BC：流道增加，逆壓強(qiáng)梯度，減速增壓CC’以上：分離的邊界層CC’以下：在逆壓強(qiáng)梯度的推動(dòng)下形成倒流，產(chǎn)生大量旋渦倒流分離點(diǎn)uf

DAC’CBx第31頁(yè)/共64頁(yè)橫掠圓管局部換熱系數(shù)的變化邊界層的成長(zhǎng)和脫體決定了外掠圓管換熱的特征當(dāng)Re較小（Re<1.2×105）時(shí)，局部換熱系數(shù)最大值出現(xiàn)在前駐點(diǎn)；當(dāng)Re較大（Re>1.4×105）時(shí)，局部換熱系數(shù)最大值出現(xiàn)在管面后半部。第32頁(yè)/共64頁(yè)

雖然局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)變化比較復(fù)雜，但從平均表面換熱系數(shù)看，漸變規(guī)律性很明顯。可采用以下準(zhǔn)則方程：式中：定性溫度為:(tw+tf)/2特征長(zhǎng)度為管外徑；Re數(shù)的特征速度為來流速度uf平均表面換熱系數(shù)計(jì)算第33頁(yè)/共64頁(yè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍：℃，℃。C及n的值見下表平均表面換熱系數(shù)計(jì)算第34頁(yè)/共64頁(yè)2.橫掠管束換熱的對(duì)流換熱外掠管束在換熱器中最為常見。通常管子有叉排和順排兩種排列方式。叉排換熱強(qiáng)、阻力損失大并難于清洗。影響管束換熱的因素除數(shù)外，還有：叉排或順排；管間距；管束排數(shù)等。第35頁(yè)/共64頁(yè)（1）管排方式的影響叉排順排

叉排：換熱系數(shù)大，但流動(dòng)阻力大，順排：換熱系數(shù)小，但流動(dòng)阻力小。第36頁(yè)/共64頁(yè)（2）管排數(shù)的影響（3）相對(duì)節(jié)距的影響流體橫掠管束的準(zhǔn)則方程式：

后排管受前排管尾流的擾動(dòng)作用對(duì)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到10排以上的管子才能消失。

第37頁(yè)/共64頁(yè)式中：定性溫度除Prw取壁溫tw外，其它取流體平均溫度tf。特征長(zhǎng)度為管外徑d；Re數(shù)中的流速采用整個(gè)管束中最窄截面處的流速。管排小于10排要進(jìn)行修正

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證范圍：應(yīng)用注意：第38頁(yè)/共64頁(yè)

三、自然對(duì)流傳熱系數(shù)自然對(duì)流：不依靠泵或風(fēng)機(jī)等外力推動(dòng)，由流體自身溫度場(chǎng)的不均勻所引起的流動(dòng)。大空間自然對(duì)流：邊界層的形成和發(fā)展不因空間的限制面受到干擾。如：熱力設(shè)備外表面與周圍環(huán)境大氣之間的對(duì)流傳熱。其準(zhǔn)則方程如下：定性溫度取壁面和流體的平均溫度，式中常數(shù)C和n由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，見表P132，表9-4。紊流過渡流層流第39頁(yè)/共64頁(yè)表9-4C和n的值第40頁(yè)/共64頁(yè)9-3流體有相變化時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)凝結(jié)換熱沸騰換熱膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)大容積沸騰管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流沸騰相變換熱第41頁(yè)/共64頁(yè)(1)蒸汽凝結(jié)的方式（膜狀和珠狀凝結(jié)）1）膜狀冷凝：冷凝液體能潤(rùn)濕壁面，它就在壁面上鋪展成膜狀冷凝時(shí)蒸汽放出的潛熱必須穿過液膜才能傳遞到壁面上去，此時(shí)，液膜層就形成壁面與蒸汽間傳熱的主要熱阻。若凝液籍重力沿壁下流，則液膜越往下越厚，給熱系數(shù)隨之越小。1、凝結(jié)換熱概述蒸汽在飽和溫度下冷凝成同溫度的冷凝水時(shí)，放出冷凝潛熱，供冷流體加熱。如電廠中：凝汽器和回?zé)峒訜崞鲀?nèi)，管外蒸汽與管外壁的換熱一、凝結(jié)換熱汽第42頁(yè)/共64頁(yè)2）珠狀冷凝凝液不能完全潤(rùn)濕壁面，在壁面上形成一個(gè)個(gè)小液滴，且不斷成長(zhǎng)變大，在非水平壁面上受重力作用而沿壁滾下，在下滾過程中，一方面會(huì)合相遇液滴，合并成更大的液滴，一方面掃清沿途所有的液滴，使壁重新暴露在蒸汽中。沒有完整液膜的阻礙，熱阻很小，換熱系數(shù)約為膜狀冷凝的5~10倍甚至更高。實(shí)現(xiàn)珠狀冷凝的方法：一是在壁面上涂一層油類物質(zhì)，二是在蒸汽中混入油類或脂類物質(zhì)。對(duì)紫銅管進(jìn)行表面改性處理，能在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)的滴狀冷凝，但在工業(yè)換熱器上應(yīng)用，尚待時(shí)日。汽第43頁(yè)/共64頁(yè)

（1）蒸汽在水平管外冷凝

可采用下式計(jì)算：r—蒸汽比氣化熱λ—冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)n—水平管束在直列上的管子數(shù)定性溫度取膜溫內(nèi)平均溫度。2、凝結(jié)換熱計(jì)算第44頁(yè)/共64頁(yè)(2)豎壁膜狀凝結(jié)換熱液膜厚度自上而下不斷增厚，當(dāng)其厚度達(dá)到一定程度時(shí)，液體流態(tài)由層流變?yōu)槲闪?；液體膜層的導(dǎo)熱熱阻是凝結(jié)過程的主要熱阻，膜狀凝結(jié)換熱系數(shù)的大小主要取決于液膜的厚度和膜內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。αxx第45頁(yè)/共64頁(yè)特征尺寸：l取垂直管或板的高度。定性溫度：r取ts下的值，其余物性取液膜平均溫度下的值。

k、ρ、μ—凝液的導(dǎo)熱系數(shù)，密度和粘度；

r—冷凝潛熱；⊿t—蒸汽飽和溫度ts與壁面tw之差。(2)豎壁膜狀凝結(jié)換熱蒸汽在垂直管外或垂直板側(cè)的冷凝當(dāng)Re＜1600時(shí)，膜內(nèi)為層流若Re＞1800時(shí)，膜層為紊流α第46頁(yè)/共64頁(yè)（1）不凝性氣體的影響蒸汽中含有不凝性氣體時(shí)，即使含量極微，也會(huì)對(duì)冷凝傳熱產(chǎn)生十分有害的影響。例如水蒸汽中含有1%的空氣能使給熱系數(shù)下降60%。不凝性氣體將會(huì)在液膜外側(cè)聚積而形成一層氣膜，冷凝器操作中及時(shí)排除不凝性氣體至關(guān)重要。（2）蒸汽流速和流向的影響蒸汽流動(dòng)會(huì)在汽—液界面上產(chǎn)生摩擦阻力，若蒸汽與液膜流向相同，則會(huì)加速液膜的流動(dòng)，使液膜減薄，傳熱加快。3、影響凝結(jié)換熱的其它因素第47頁(yè)/共64頁(yè)3、影響凝結(jié)換熱的其它因素（3）換熱表面粗糙程度的影響表面粗糙、不清潔、有結(jié)垢和生銹等會(huì)使表面液膜增厚，還會(huì)產(chǎn)生附加導(dǎo)熱熱阻，使換熱系數(shù)減小。（4）管排方式的影響對(duì)單管，橫放比豎放換熱好，因管外液膜短面薄。對(duì)管束，叉排換熱系數(shù)最大，輻向排列次之，順排最小。第48頁(yè)/共64頁(yè)二、沸騰傳熱1、基本概念：（1）沸騰的定義：沸騰指液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡的汽化過程稱為沸騰。（動(dòng)畫）如電廠中，鍋爐內(nèi)水蒸汽的產(chǎn)生。（2）主要特點(diǎn)：1）汽泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)；2）液體汽化吸收大量的汽化潛熱；3）由于汽泡形成和脫離時(shí)帶走熱量，使加熱表面不斷受到冷流體的沖刷和強(qiáng)烈的擾動(dòng)，所以沸騰換熱強(qiáng)度遠(yuǎn)大于無相變的換熱。第49頁(yè)/共64頁(yè)（3）沸騰的類型1）大容積沸騰（池內(nèi)沸騰）：是指加熱面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象，此時(shí)，液體的運(yùn)動(dòng)由自然對(duì)流和汽泡的擾動(dòng)所引起的。2）強(qiáng)制對(duì)流沸騰（管內(nèi)沸騰）：是指液體在管內(nèi)流動(dòng)的過程中而受熱沸騰的現(xiàn)象，此時(shí)，汽泡不能自由升浮，而是受迫隨液體一起流動(dòng)，形成汽—液兩相流動(dòng)，沿途吸熱，直至全部汽化。上述每種又分為過冷沸騰和飽和沸騰。過冷沸騰：

指液體主體溫度低于相應(yīng)壓力下飽和溫度，壁面溫度大于該飽和溫度所發(fā)生的沸騰換熱，稱過冷沸騰。飽和沸騰：液體主體溫度達(dá)到飽和溫度，壁面溫度高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰稱為飽和沸騰。特點(diǎn):

隨著壁面過熱度的增高，出現(xiàn)4個(gè)換熱規(guī)律全然不同的區(qū)域。第50頁(yè)/共64頁(yè)（4）汽化核心汽化核心：沸騰換熱時(shí)加熱面上產(chǎn)生汽泡的點(diǎn)，汽化核心越多換熱越強(qiáng)。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。泡狀沸騰時(shí)壁面過熱度愈大，在單位壁面上的氣化核心數(shù)愈多，氣泡生成頻率也愈大。顯然此時(shí)的換熱系數(shù)α也愈高。第51頁(yè)/共64頁(yè)（5）壁面過熱度------------壁溫tw與液體相應(yīng)壓力下飽和溫度ts之差。?t=tw-ts（6）產(chǎn)生沸騰的條件：

理論分析與實(shí)驗(yàn)證明，產(chǎn)生沸騰的條件：

1）液體必須過熱；

2）要有汽化核心（7）液體的沸騰曲線:液體主體達(dá)到飽和溫度ts，加熱壁面的溫度tw，隨壁面過熱度⊿t=tw-ts的增加，沸騰傳熱表現(xiàn)出不同的傳熱規(guī)律。表示水在一個(gè)大氣壓力下沸騰傳熱熱流密度q與壁面過熱度⊿t的變化關(guān)系，稱為沸騰曲線。第52頁(yè)/共64頁(yè)沸騰曲線qmaxqminABCDE第53頁(yè)/共64頁(yè)2、大容器沸騰換熱的四個(gè)階段（動(dòng)畫）根據(jù)壁面過熱度不同，分為自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過渡沸騰和膜態(tài)沸騰四個(gè)階段。（1）自然對(duì)流階段(⊿t≤4℃)

：過熱度⊿t較小，加熱壁面處的液體輕微過熱，產(chǎn)生的汽泡在升浮過程往往尚未達(dá)到自由液面就放熱終結(jié)而消失。其換熱系數(shù)和熱流密度q比無相變自然對(duì)流略大。如圖中AB段所示。（2）核態(tài)沸騰階段(4℃<⊿t<50℃)

：隨著⊿t的增大，在加熱面上產(chǎn)生汽泡數(shù)量增加，汽泡脫離時(shí)，促進(jìn)近壁液體的摻混和擾動(dòng)，故換熱系數(shù)和熱流密度都迅速增加，圖片第54頁(yè)/共64頁(yè)2、大容器沸騰換熱的四個(gè)階段（動(dòng)畫）（3）過渡沸騰階段(50℃<⊿t<150℃)

：當(dāng)⊿t增大至過C點(diǎn)(⊿tc

≈50℃)

后，加熱面上產(chǎn)生的汽泡數(shù)大大增加，且汽泡的生成速率大于脫離速率，汽泡脫離壁面前連接成汽膜，由于熱阻增加，換熱系數(shù)與熱流密度q均下降，如圖中CD所示。該段特點(diǎn)是不穩(wěn)定。圖片（4）膜狀沸騰階段(⊿t>150℃)

：⊿t繼續(xù)增大，汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面上，產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰，此時(shí)，由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強(qiáng)，熱流密度又隨⊿t的增加而升