第六章-凝结和沸腾换热-1.ppt

第六章凝结与沸腾换热§6-1凝结换热如果凝结液体能很好地润湿壁面,它就在壁面上铺展成膜。这种凝结形式称为膜状凝结。图a示出了在不同的润湿能力下汽液分界面对壁面形成边角θ（润湿角）的形状。θ小则液体润湿能力强，液体会铺展在壁面上。
当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，称为珠状凝结。图b示出了在不同的润湿能力下汽液分界面对壁面形成边角θ（润湿角）的形状。Θ越大，则液体润湿能力越弱，液体以颗粒形式凝结在壁面上。产生珠状凝结时，所形成的液珠不断发展长大．在非水平的壁面上，因受重力作用．液珠长大到一定尺寸后就沿壁面波下。在滚下的过程中，一方面会合相遇的液珠，合并成更大的液滴．
膜状凝结时，壁面总是被一层液膜覆盖着，凝结放出的相变热(潜热)必须穿过液膜才能传到冷却壁面上去。这时，液膜层就成为换热的主要热阻。而珠状凝结时，壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结（可能大几倍，甚至一个数量级）1916年，Nusselt首先提出了纯净蒸汽层流膜状凝结换热的分析解。Nusselt从蒸气凝结的主要热阻是凝结夜膜的导热热阻的观点出发，提出了以下一系列假设：(1)常物性；(2)蒸气静止；(3)液膜的惯性力忽略；(4)气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度；(5)膜内温度线性分布，即热量转移只有导热；(6)液膜的过冷度忽略；(7)忽略蒸汽密度；(8)液膜表面平整无波动。
g根据边界层微分方程，利用Nusselt假设，可解得液膜中速度分布为最后，再次由能量平衡，可求得微元段dx内的凝结换热局部表面传热系数实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到了强化，实验值比理论计算值高20％。工程上一般使用修正后的膜状凝结层流表面换热公式2.水平管和水平管簇上的膜状凝结
注意：（1）采用上述公式计算时，物性参数数据要按膜层平均温度tm=(ts+tw)/2确定；（2）对于垂直竖壁，定型尺寸取为竖壁的高度，对于水平圆管定型尺寸则取为管径D；（3）对于垂直圆柱体，当(L)<<d/2时，可应用垂直平板的关系式计算。3湍流膜状凝结换热注意：横管因直径较小，一般都处于层流状态液膜由层流转变为紊流的临界雷诺数为1600。当Re＞1600时，液膜上部为层流，下部为紊流。湍流换热若干经验关联式：
（1）Laboontzov整理的实验关联式为：4层流膜状凝结换热的准则关联式§6-1-3影响膜状凝结的因素
3.过热蒸气
如果蒸气是过热蒸气，凝结时不仅放出汽化潜热，还放出蒸气冷却到饱和温度的热量。这时要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。6.管内冷凝
此时换热与蒸气的流速关系很大。
蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于管子上半部；
流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子四周，中心为蒸气核。7.凝结表面的几何形状
强化凝结换热的原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度。可用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。例6-1:压力为1.013105Pa的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm30cm，壁温保持98℃。试计算每小时的换热量及凝结的蒸汽量。代入已知数据，计算得例6-2:一根长L＝1m，外径D=80mm的垂直管，它的外表面暴露在大气压力下的饱和蒸汽中，管内有冷水流过，使表面温度维持50℃。问：对冷却剂的传热速率是多少？蒸汽在表面上凝结的速率又是多少？于是，得传热速率为Exe：P230-(6-7),(6-13),(6-17),(6-44)