相变对流换热.ppt

1、重点内容：
①凝结与沸腾换热机理及其特点；
②膜状凝结换热分析解及实验关联式；
③大容器饱和核态沸腾及临界热流密度。
2、掌握内容：掌握影响凝结与沸腾换热的因素。
3、了解内容：
①了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展现状、动态。
②蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流换热。其特点是：伴随有相变的对流换热。
③工程中广泛应用的是：冷凝器及蒸发器、水冷壁等。第六章我们分析了无相变的对流换热，包括强制对流换热和自然对流换热7.1.1珠状凝结与膜状凝结(1)膜状凝结凝结传热：蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给壁面的过程。7.1.2凝结液－主要热阻7.1.3膜状凝结是工程设计依据1916年，Nusselt提出的简单层流膜状凝结换热分析是近代膜状凝结理论和传热分析的基础。自1916年以来，各种修正或发展都是针对Nusselt分析的限制性假设而进行了，并形成了各种实用的计算方法。所以，我们首先得了解Nusselt对纯净饱和蒸汽膜状凝结换热的分析。7.2.1纯净蒸汽层流膜状凝结分析解下脚标l表示液相考虑假设（3）液膜的惯性力忽略只有u和t两个未知量，不需补充其他方程。边界条件：3.主要求解过程与结果1、水平圆管及球表面上的层流膜状凝结传热表面传热系数：2、水平管外凝结与竖直管外凝结的比较3、分析解的实验验证和假设条件对竖壁的修正：
实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到强化，因此，实验值比上述得理论值高20％左右。膜层中凝结液的流动状态对水平管，用代替上式中的。
并且横管一般都处于层流状态式中：hl为层流段的传热系数；ht为湍流段的传热系数；
xc为层流转变为湍流时转折点的高度
l为竖壁的总高度可供计算整个壁面的平均表面传热系数的实验关联式§6-3膜状凝结的影响因素及其传热强化3.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。6.液膜过冷度及温度分布的非线性
如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，要用下式代替计算公式中的r，强化凝结换热的原则7.4沸腾换热现象（1）大容器沸腾在盛水的烧杯中置入一根不锈钢细管，通电加热以使其表面产生汽泡，烧杯底下的电热器用于将水加热到饱和温度，这样在不锈钢表面上进行的沸腾为饱和沸腾。随着电流密度的增大，烧杯中的水与不锈钢管表面间的热交换依次会出现以下4个换热规律不同的阶段：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾。传热学HeatTransfer从曲线变化规律可知：随壁面过热度的增大，区段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ将整个曲线分成四个特定的换热过程。2）核态沸腾（饱和沸腾）③随着的增大，q增大，当增大到一定值时，q增加到最大值，汽泡扰动剧烈，汽化核心对换热起决定作用，则称该段为核态沸腾（泡状沸腾）。3）过渡沸腾4）稳定膜态沸腾上述热流密度的峰值qmax有重大意义，称为临界热流密度，亦称烧毁点。一般用核态沸腾转折点DNB作为监视接近qmax的警戒。这一点对热流密度可控和温度可控的两种情况都非常重要。实践上，上述热流密度的峰值有重大意义，它被称为临界热流密度。
①对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备，如电加热器、对冷却水加热的核反应堆，一旦热流密度超过峰值，工况将沿虚线跳至稳定膜态沸腾线，将猛升至近1000℃，可能导致设备的烧毁，所以必须严格监视并控制热流密度，确保在安全工作范围之内。也由于超过它可能导致设备烧毁，所以亦称烧毁点。
DNB（DepartmentfromNucleateBoiling）：核态沸腾转折点偏离核态沸腾规律的点，作为监视接近的警戒，很可靠。3、加热表面上要产生气泡液体必须过热汽泡外的液体是过热的，其过热度为：。贴壁处液体具有最大过热度。则壁面凹处最先能满足汽泡生成的条件：可见，(tw–ts),Rmin同一加热面上，成为汽化核心的凹穴数量增加汽化核心数增加换热增强7.5大容器沸腾传热的实验关联式7.5.1大容器饱和核态沸腾的无量关联式纲系数Cwl的取值，是一个纯经验参数，取决于固体表面的性质以及沸腾液体的性质，由实验确定。显热/潜热对于制冷介质而言，以下的库珀（Cooper）公式目前得到广泛的应用：7.5.2大容器沸腾的临界热流密度7.5.3大容器饱和液体膜态沸腾的传热计算式勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：7.6影响沸腾换热的因素2过冷度
只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热时，，因此，过冷会强化换热。图中介质为一个大气压下的水4重力加速度
随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件下的传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就现有的成果表明：6.7.2强化沸腾传热的原则和技术
基本原则：增多汽化核心
沸腾表面上的微笑凹坑最容易产