《熱工基礎(chǔ)》課件-沸騰換熱

沸騰換熱熱工基礎(chǔ)電/廠/熱/能/動(dòng)/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫(kù)沸騰換熱當(dāng)液體與高于其飽和溫度的熱壁面接觸時(shí)，就會(huì)吸收汽化潛熱，有液體變化為氣態(tài)，此現(xiàn)象即為沸騰換熱。在發(fā)電廠中的水冷壁中飽和水與管壁之間的換熱都是沸騰換熱。沸騰換熱管內(nèi)強(qiáng)迫沸騰換熱大容器沸騰換熱沸騰換熱飽和沸騰過(guò)冷沸騰沸騰換熱大容器沸騰換熱特點(diǎn)01大容器沸騰換熱的四個(gè)階段02目

錄Content臨界熱負(fù)荷03大容器沸騰換熱的計(jì)算0401電/廠/熱/能/動(dòng)/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫(kù)大容器沸騰換熱特點(diǎn)沸騰換熱加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中，熱量從加熱面?zhèn)魅胧顾軣?，溫度升高。?dāng)溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)在加熱面上的局部地方開始產(chǎn)生汽泡。如果汽泡能自由上升，并在上升過(guò)程中不受液體流動(dòng)的影響，液體的運(yùn)動(dòng)只是由自然對(duì)流和汽泡的擾動(dòng)引起，這種沸騰現(xiàn)象就稱為大容器沸騰，沸騰換熱汽泡在壁面上時(shí)，熱量經(jīng)由與壁面直接接觸的汽泡表面?zhèn)鹘o汽泡；汽泡脫離壁面后，熱量由壁面→液體→汽泡表面→使液體在汽泡壁上汽化。汽泡脫離壁面時(shí)直徑的大小與液體潤(rùn)濕壁面的能力有關(guān)。對(duì)于潤(rùn)濕能力強(qiáng)的液體，生成的汽泡呈球形，附著于壁面的面積小，汽泡易脫離壁面，脫離直徑也較小，傳熱量大；相反，潤(rùn)濕能力弱的液體，汽泡有較大的表面積附著于壁面，汽泡不易脫離，脫離直徑也較大，傳熱量低。02電/廠/熱/能/動(dòng)/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫(kù)大容器沸騰換熱的四個(gè)階段沸騰換熱

以一個(gè)大氣壓下飽和水的沸騰為例。根據(jù)壁面過(guò)熱度的不同，飽和水的沸騰可以分成自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰四個(gè)階段沸騰換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。當(dāng)壁面過(guò)熱度△t比較低時(shí)(小于4℃)，加熱面表面的液體輕微過(guò)熱，產(chǎn)生的汽泡不多，且產(chǎn)生的汽泡不能脫離壁面上浮，這時(shí)是被加熱的液體向上浮升，形成自然對(duì)流，換熱遵循單相自然對(duì)流換熱規(guī)律。液面發(fā)生表面蒸發(fā)。換熱系數(shù)和熱流密度隨△t增大而緩慢上升。1.自然對(duì)流(過(guò)冷沸騰)階段沸騰換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。該段的特點(diǎn)是：溫差小，換熱強(qiáng)度大，工業(yè)設(shè)備中的沸騰大多數(shù)處于這一階段。2.核態(tài)沸騰階段隨著壁面過(guò)熱度△t的增大，加熱面上汽化核心的數(shù)目增多，汽泡數(shù)量顯著增加。大量汽泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)，使沸騰液體受到劇烈擾動(dòng)，從而使換熱系數(shù)迅速增大。對(duì)應(yīng)壁面過(guò)熱度約4~30℃。沸騰換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。3.過(guò)渡沸騰階段D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫差約為120℃。從C點(diǎn)以后，進(jìn)一步提高△t，熱流密度不升反降。原因是：汽泡的生長(zhǎng)速度大于汽泡躍離加熱面的速度，生成的汽泡太多，使汽泡聚集形成一層不穩(wěn)定的蒸汽膜，交替覆蓋在加熱面上。因蒸汽的熱導(dǎo)率很小，故這層蒸汽膜的導(dǎo)熱熱阻很大，阻礙了液體與加熱面的直接接觸，使換熱情況惡化，換熱系數(shù)與熱流密度迅速下降。這種情況持續(xù)到D點(diǎn)，達(dá)到熱流密度的最低值為止。沸騰換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。從D點(diǎn)以后，隨著△t的上升，汽泡生長(zhǎng)速度與躍離速度趨于平衡。此時(shí)，在加熱面上形成穩(wěn)定的蒸汽膜層，這時(shí)汽化使在氣膜與液體的交界面上進(jìn)行，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)律地脫離膜層。汽膜中的熱量傳遞不僅有導(dǎo)熱，而且有對(duì)流；由于熱表面的溫度相當(dāng)高，輻射的作用顯現(xiàn)出來(lái)，隨△t的增加，熱流密度重新轉(zhuǎn)為上升，換熱系數(shù)基本保持不變。到E點(diǎn)，加熱表面的溫度已高達(dá)1000℃以上，該點(diǎn)也對(duì)應(yīng)臨界熱流密度。4.穩(wěn)定膜態(tài)沸騰階段03電/廠/熱/能/動(dòng)/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫(kù)臨界熱負(fù)荷沸騰換熱由核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變?yōu)槟B(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)C點(diǎn)稱為沸騰換熱的臨界點(diǎn)。這一狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的溫差、換熱系數(shù)和熱負(fù)荷的數(shù)值，分別稱為臨界溫差、臨界換熱系數(shù)和臨界熱負(fù)荷。臨界點(diǎn)的確定在工程上有很重要的實(shí)際意義。對(duì)于依靠控制熱流密度來(lái)改變工況的加熱設(shè)備(如電加熱液體、爐膛燃燒產(chǎn)物輻射加熱水冷壁中的水、核反應(yīng)堆中燃料棒加熱冷卻水等)，當(dāng)熱流密度超過(guò)qc時(shí)會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：由于熱流密度無(wú)法隨過(guò)熱度的增加而減少，工況將不再按沸騰曲線由C點(diǎn)向D點(diǎn)過(guò)度，而是由C點(diǎn)直接跳轉(zhuǎn)到同一熱流密度qc下的點(diǎn)E。從沸騰曲線可以看出，此時(shí)對(duì)傳熱面來(lái)講，傳熱溫差△t將從20℃增加到1000℃，可能導(dǎo)致設(shè)備瞬間燒毀，所以必須嚴(yán)格控制監(jiān)視q，確保在安全工作范圍內(nèi)。C點(diǎn)也稱為燒毀點(diǎn)，04電/廠/熱/能/動(dòng)/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫(kù)大容器沸騰換熱的計(jì)算沸騰換熱

在(0.2-101)×105Pa壓力下