7第七章 相變對流傳熱.ppt

1、2020/8/12，1，1，第13屆相變對流傳熱、教學(xué)過程：自學(xué)、提問、教學(xué)目的和要求相變傳熱模式的理解，影響傳熱因素，了解強(qiáng)化方法實(shí)驗(yàn)相關(guān)公式。 教學(xué)內(nèi)容：膜狀冷凝概念，相關(guān)公式的修正，影響因素及傳熱方法的強(qiáng)化大容器沸騰傳熱概念，相關(guān)公式，影響因素及傳熱強(qiáng)化方法的修正。 2020/8/12，2，2，提綱：一、冷凝傳熱1 .現(xiàn)象和特征的基本概念，發(fā)生條件為壁面溫度h膜狀，但不能持續(xù)。 2 .縱壁膜狀凝結(jié)分析解Nusselt分析解基于9個假設(shè)，視液膜內(nèi)只有純熱傳導(dǎo)。 因此，為了得到局部的表面熱傳導(dǎo)系數(shù)，得到那里的液膜厚即可。 豎管和橫管，h橫h豎。 3 .膜狀凝結(jié)的工序修正流狀態(tài)判別(Re反復(fù)法

2、)關(guān)聯(lián)式注意特征性的長度和定性溫度4 .掌握影響因素膜狀凝結(jié)各種影響因素，特別是非凝結(jié)性氣體和蒸汽流速的影響機(jī)理。 2020/8/12，3，5 .當(dāng)冷凝熱交換的強(qiáng)化冷凝熱阻為傳熱過程的主要部分熱阻時，強(qiáng)化效果較好。 強(qiáng)化的原則是破壞或減薄液膜層，強(qiáng)化技術(shù)是減薄液膜厚度，加快液膜排泄。 二、沸騰熱交換1 .特征基本概念：蒸發(fā)和沸騰，大容器沸騰和管內(nèi)沸騰，飽和沸騰，過熱度。 汽化核數(shù)是測量強(qiáng)化沸騰的重要?dú)垔W儀表。 2 .隨著大容器飽和沸騰曲線的曲線形式、t，4個不同區(qū)域的換熱規(guī)律和特征。 核沸騰是工業(yè)中的理想工作領(lǐng)域，溫差小，熱交換強(qiáng)。 3 .沸騰熱交換的兩種加熱方式控制壁溫(改變壁溫tw和液體飽

3、和溫度ts之差t=tw-ts，q的大小受沸騰側(cè)的影響很大。 控制熱流(壁面上的熱流密度q、q與h無關(guān)，取決于外部施加的條件)，2020/8/12，4，4 .臨界熱流密度qmax的意義在于能夠控制熱流： q qmax，保證設(shè)備的安全運(yùn)行，防止燒毀， 可以控制壁溫： t 6.氣化核心結(jié)合氣化核心概念理解沸騰換熱機(jī)理，結(jié)合大容器飽和沸騰曲線理解氣泡生成、生長、脫離、破裂等規(guī)律7 .沸騰換熱影響因素和強(qiáng)化沸騰換熱影響因素是氣泡生長運(yùn)動的影響因素。 加強(qiáng)沸騰換熱的主要出發(fā)點(diǎn)是增加壁面汽化核數(shù)，基本手段是沸騰表面的特殊加工。 2020/8/12,5、5、5、相變對流傳熱、冷凝傳熱(氣相變化液相)、沸騰傳熱

4、(液相變化氣相)、7-1冷凝傳熱的模式、相變：物質(zhì)系不同的相(氣液固)之間的變化。 相變過程伴隨吸熱散熱的相變潛熱相變傳熱的特點(diǎn)：由于潛熱釋放和相變過程的復(fù)雜性，比單相對流熱交換復(fù)雜。 相變對流傳熱的關(guān)鍵是確定表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，根據(jù)牛頓冷卻公式修正熱流量。 冷凝傳熱：夏季離開空調(diào)室后眼鏡表面膜狀冷凝沸騰傳熱：沸水，2020/8/12，6，7-1冷凝傳熱模式，冷凝傳熱：蒸汽接觸低于飽和溫度的壁面時，冷凝傳熱發(fā)生的必要條件：冷凝模式為氣液界面的接觸角(圖7-1 )，2020/8/12，7，7 珠狀凝結(jié)、珠狀凝結(jié)的表面熱交換系數(shù)膜狀凝結(jié)一般不能長時間保持。 2.55105500025000、7-1冷凝傳

5、熱模式、2020/8/12、8、7-2膜狀冷凝分析解和實(shí)驗(yàn)相關(guān)式層流膜狀冷凝、空單元純飽和蒸汽層流膜狀冷凝理論分析解：液體膜層的熱阻是主要因素?；炯僭O(shè)：二維，穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)，層流蒸汽靜止，在汽液界面沒有對液膜的粘性力，忽略慣性力的話，液膜的運(yùn)動只依賴于重力和粘性力，壁溫twconst，在汽液界面沒有溫度差，tts液膜內(nèi)部沒有對流，只是熱傳導(dǎo)，溫度分布是直線的，忽略液膜的過冷度液膜表面平坦，沒有偏差。 2020年8月12日， 9、9、努塞爾純飽和蒸汽層流膜狀冷凝理論分析解、穩(wěn)態(tài)邊界層微分方程式、簡化后的常微分方程式、簡化后的速度和溫度分布、7-2膜狀冷凝分析解及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式層流膜狀冷凝、拋物線、線性

6、傳熱式牛頓冷卻式、簡化后的速度和溫度分布、7-2膜狀冷凝分析解和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式層流膜狀冷凝， 2020/8/12，11，努塞爾純飽和蒸汽層流膜狀冷凝理論分析解、縱壁、傾斜縱壁、水平圓管壁r由ts決定。 其他物性由平均溫度決定：為什么冷凝器多采用水平橫管配置，7-2膜狀冷凝分析解和實(shí)驗(yàn)相關(guān)式層流膜狀冷凝，2020/8/12，12，膜狀冷凝實(shí)驗(yàn)相關(guān)式：縱壁(層流)，理論分析解在一定的假設(shè)條件下得到，實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正，實(shí)驗(yàn)相關(guān)式，縱壁(湍流) 7-2膜狀冷凝分析解和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，2020/8/12，13，膜狀冷凝實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：理論分析解在一定的假設(shè)條件下得到，實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，與水平圓管壁，分析解一致，

7、水平圓管壁雷諾數(shù)，橫管一般處于層流的7-2膜狀冷凝分析解和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，2 使用判別流動狀態(tài)(層流湍流)的對應(yīng)形式的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式來修正平均表面熱傳遞系數(shù)的牛頓冷卻式來修正熱交換量，修正冷凝速度(每單位時間冷凝的液膜質(zhì)量)。 注意事項(xiàng)：1.re中含有未知量h，因此假設(shè)流動狀態(tài)進(jìn)行校正后，檢查流動狀態(tài)的2 .一定壓力下的飽和水蒸氣r和ts由附錄10決定，其他物性由平均溫度tm調(diào)查附錄9決定。7-2膜狀冷凝分析解及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式、2020/8/12、15、7-3膜狀冷凝的影響因素及其傳熱強(qiáng)化、膜狀冷凝熱交換的影響因素：不冷凝氣體：蒸汽流速：過熱蒸汽：液膜的過冷度及溫度分布的非線性管列數(shù)管內(nèi)減薄液膜的厚度為表

8、面張力減薄液膜厚(低肋管、鋸齒管、微基于增加順液膜的流動方向的蒸汽流速使單管或管束加速液膜的排出管段排泄管、溝管、離心力、靜電引力等水平放置，減少非凝結(jié)氣體的吸引、引射等，或者增加蒸汽的流速使其凝結(jié)，作為7-的2020/8/12、17、7-4 沸騰熱交換：在液體內(nèi)部的固液界面形成氣泡，熱從固壁傳遞到液體的過程。 沸騰熱交換的必要條件：沸騰液體是否整體流動，管內(nèi)強(qiáng)制對流沸騰，大容器沸騰，沸騰液體本體溫度是否達(dá)到飽和溫度，飽和沸騰，過冷卻沸騰，y，n，y，n，2020/8/12，18，74 t 25 3360核沸騰區(qū)。 產(chǎn)生氣泡，氣泡之間的激烈干擾使表面熱交換系數(shù)和熱流密度急劇增加，加強(qiáng)熱交換。

9、25 t 200 :過渡沸騰區(qū)。 氣泡的產(chǎn)生速度比脫離速度大，氣泡附著形成蒸汽膜，蒸汽膜的熱阻減弱了熱交換效果。200 t :穩(wěn)定模式沸騰區(qū)域。 形成穩(wěn)定蒸汽膜，蒸汽膜的熱阻減弱了熱交換效果，而高溫壁面的輻射熱交換進(jìn)一步增強(qiáng)了熱交換效果。大容器飽和沸騰的4個區(qū)域、萊登弗洛斯的特點(diǎn)、CHF、2020/8/12、19、工業(yè)應(yīng)用要求保持在核沸騰區(qū)，不能加入過渡沸騰區(qū)。 過渡沸騰區(qū)壁溫增加，但熱流密度降低，設(shè)備容易燒毀。 qmax臨界熱流密度CHF (燒失點(diǎn))監(jiān)視溫度點(diǎn)DNB (核沸騰轉(zhuǎn)換點(diǎn))沸騰熱交換：熱交換溫度差t越大熱流密度越大沸騰熱交換的兩種加熱方式：當(dāng)大于壁溫控制熱流(qmax )時，殼體沿

10、虛線直接彈起至穩(wěn)定膜狀態(tài)沸騰，t急增至1000，避免設(shè)置CHF、2020/8/12、20、7-4沸騰傳熱的模式氣化核心、氣化核心：通常，沸騰時產(chǎn)生氣泡的不僅是加熱面的某一點(diǎn)，不是加熱面整體，而是這些氣泡產(chǎn)生的點(diǎn)稱為氣化核心。 氣泡產(chǎn)生的源泉。 墻面的凹陷裂孔最有可能成為氣化的核。 氣泡半徑r必須滿足以下條件才能生存：克拉韋龍方程式、式中：表面張力、N/m； r氣化潛熱、J/kg v蒸汽密度、kg/m3； 從tw壁面溫度、C ts對應(yīng)壓力下的飽和溫度、c來看，(tw ts )、Rmin在同一加熱面上，被稱為氣化芯的凹槽數(shù)增加，氣化芯數(shù)增加，熱交換增強(qiáng)，壁面氣泡的產(chǎn)生、生長和脫離增加，沸騰傳熱強(qiáng)度

11、、受熱面積殘存氣體、2020/8/10加熱固體牛頓的冷卻方式仍然適用，沸騰熱交換的推進(jìn)力也是溫度差，壁面過熱(twts )是必要條件沸騰熱交換時的氣泡在氣化芯中產(chǎn)生，成長后逃逸，流體被補(bǔ)充，氣泡再形成，周和再開始?xì)馀莸男纬伞⒊砷L和脫離會給加熱表面的流體帶來劇烈的干擾2020/8/12，22，大容器飽和核狀態(tài)沸騰：主要影響因素是壁面的過熱度和氣化核數(shù)，通用液體的大容器飽和核狀態(tài)沸騰：羅森諾Rohsenow式，1，符號意義參照教材(7-17 )式參照水： s1，其他液體： s1. 7，7-5大容器沸騰傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，22 23、大容器飽和核沸騰：主要影響因素是壁面的過熱度和氣化核數(shù)，制冷劑介質(zhì)的

12、大容器飽和核沸騰：庫鉑coooo Mr制冷劑介質(zhì)的分子量； pr介質(zhì)壓力與臨界壓力之比Rp表面的平均粗糙度、um。 7-5大容器沸騰傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式、2020/8/12、24、大容器飽和核狀態(tài)沸騰臨界熱流密度、7-5大容器沸騰傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式、式中：物性殘奧計(jì)從飽和溫度調(diào)查。2020/8/12、25、大容器膜狀態(tài)沸騰：注意事項(xiàng)：橫管a0.62、球壁a0.67氣化潛熱r和飽和液體密度l由飽和溫度ts決定，其他物性殘奧計(jì)由平均溫度決定tt273、200t:穩(wěn)定模式沸騰區(qū)域。 形成穩(wěn)定蒸汽膜，蒸汽膜的熱阻減弱了熱交換效果，而高溫壁面的輻射熱交換進(jìn)一步增強(qiáng)了熱交換效果。7-5大容器沸騰傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

13、、2020/8/12、26、7-6沸騰傳熱的影響因素及其強(qiáng)化、非凝結(jié)氣體(與膜狀凝結(jié)傳熱不同)溶解于液體中的非凝結(jié)氣體從氣化芯泄漏的強(qiáng)化沸騰熱交換過冷度在核沸騰開始段自然對流區(qū)域，過冷度強(qiáng)化沸騰，因此， 強(qiáng)化沸騰熱交換的重力加速度僅在微重力環(huán)境下，重力加速度影響核沸騰熱交換管內(nèi)的強(qiáng)制對流沸騰(圖7-20 )蒸汽-流體的混合二相流。2020/8/12、27、7-6沸騰傳熱的影響因素及其強(qiáng)化，原則上通過傳熱表面的處理使加熱面氣化芯數(shù)增加。 大容器飽和沸騰傳熱表面多孔結(jié)構(gòu)管內(nèi)強(qiáng)制對流沸騰內(nèi)螺紋管、微肋管、沸騰傳熱的強(qiáng)化措施：2020/8/12、28、7-7熱管、1963年美國Los Alamos國家

14、實(shí)驗(yàn)室的G. M. Grover真空金屬管工作流體內(nèi)壁的吸液芯結(jié)構(gòu)， 1 .熱量從熱源經(jīng)由熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到液-氣界面2 .液體在蒸發(fā)段內(nèi)的液-氣界面蒸發(fā)3 .蒸汽的溫度和壓力比熱管的其他部分高， 差壓作用使蒸汽流向熱管內(nèi)的冷凝端4 .蒸汽在冷凝段內(nèi)的氣液界面冷凝：5.熱量從氣液界面通過吸液芯、液體和管壁傳遞到冷源6 .在吸液芯內(nèi)通過毛細(xì)管作用使冷凝的工作液回流到蒸發(fā)段。 2020/8/12，29，7-7熱管，1963年美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室的G. M. Grover發(fā)明，利用工作流體(氨、水、丙酮、甲醇)的蒸發(fā)和冷凝的真空金屬管工作流體內(nèi)壁吸液芯結(jié)構(gòu)，熱管地面芯片的散熱需要在冷凝段安裝散熱片和風(fēng)扇。 2020/8/12，30，常用下標(biāo)的含義一般對應(yīng)于表達(dá)對象的英文首字母，2020/8/12，31，本章的重點(diǎn)：冷凝熱交換冷凝熱交換的發(fā)生條件及兩種冷凝熱交換的形式縱壁膜狀冷凝的分析解(最主要的兩點(diǎn)假設(shè))， 為什么是多水平橫置的膜狀凝結(jié)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式(凝結(jié)熱交換量凝結(jié)