有相變冷凝傳熱

1、有相變傳熱：蒸汽冷凝傳熱特點(diǎn)：膜狀冷凝 和 滴狀冷凝 兩大類(lèi)，通常，冷凝與傳熱表面間潤(rùn)濕性好，則形成膜狀冷凝；如果傳熱表面有油污、潤(rùn)濕性不好，則產(chǎn)生滴狀冷凝。但 經(jīng)常操作 的冷凝器 實(shí)際上均為膜狀冷凝， 故 在冷凝器設(shè)計(jì)中 均按膜狀冷凝計(jì)算。影響膜狀冷凝的因素：主要有：不凝結(jié)氣體 蒸汽流速過(guò)熱蒸汽液膜過(guò)冷度及溫度分布的非線性管子排數(shù) 管內(nèi)冷凝冷凝表面的幾何形狀雷諾數(shù)：水平管子4o（LAt Re 二 呼其中_傳熱系數(shù)' - - -粘度氏液膜兩側(cè)的溫差ts-tw，即算術(shù)平均值ts飽和蒸汽溫度-壁溫L -管長(zhǎng)或壁長(zhǎng)，對(duì)于水平管取L zr，相當(dāng)于圓管橫截面半周長(zhǎng)r圓管半徑對(duì)于垂直平面或垂直管上

2、的膜狀冷凝，1916年W.Nuseelt首先推導(dǎo)出屏蔽上膜狀冷凝的計(jì)算式，在推導(dǎo)過(guò)程中假定：1生成的凝夜沿壁面成層流流動(dòng)，熱量只能以傳導(dǎo)的方式通過(guò)凝液膜傳至壁面，而無(wú)對(duì)流傳熱的作用；2假定蒸汽對(duì)凝液速度小，氣液方面無(wú)剪應(yīng)力蒸汽對(duì)冷凝的流動(dòng)無(wú)影響；并且假定壁面恒定，并和蒸汽保持一定溫差。這樣推導(dǎo)出的冷凝傳熱系數(shù)公式如下：=0.943（型）' Lt14由于凝液流動(dòng)狀態(tài)與單位周邊上的冷凝量有關(guān)， 不可能完全保持層流流動(dòng)； 且蒸汽的流動(dòng) 與液膜也有沖刷作用，故實(shí)際的冷凝傳熱系數(shù)一般比理論值要大 20%左右，故在實(shí)際中對(duì) 垂直管和垂直板在層流狀態(tài)下的冷凝均按式（ 4-150）來(lái)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)Re&

3、lt;2100時(shí)，膜內(nèi)流體作層流流動(dòng)，Re>2100作湍流流動(dòng)水平單管（橫管）外壁面的層流膜狀冷凝傳熱的計(jì)算公式為= 0.725gr，2'3d：t4-149<4對(duì)于水平管或水平管束，當(dāng)Re<2100時(shí)<4對(duì)于水平管或水平管束，當(dāng)Re<2100時(shí)冷凝液沿壁面作層流流動(dòng)的垂直管和垂直板的計(jì)算公式為= 1.13f 八2° 3grP丸LMt4-150<4對(duì)于水平管或水平管束，當(dāng)Re<2100時(shí)<4對(duì)于水平管或水平管束，當(dāng)Re<2100時(shí)除氣化潛熱取冷凝溫度 ts下的數(shù)值外，式中的其他有關(guān)物性參數(shù)均取膜溫（ts-tw的算術(shù)平均值）下

4、的數(shù)值。<4對(duì)于水平管或水平管束，當(dāng)Re<2100時(shí)<4對(duì)于水平管或水平管束，當(dāng)Re<2100時(shí)l為層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)轉(zhuǎn)其中：1、t分別為層流段、湍流段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù);折點(diǎn)的高度，m,橫管因直徑較小，實(shí)踐中均在層流范圍。工業(yè)上用冷凝器大多數(shù)是由水平管束組成，不論是直排還是錯(cuò)排， 除第一排管子外，其J3d 代替 4-149它排的冷凝情況會(huì)受到其他各派管子流下的冷凝液的影響，使液膜擾動(dòng)增強(qiáng)，總之，這個(gè)溫 題比較復(fù)雜，目前還沒(méi)總結(jié)出普遍使用的規(guī)律。再缺乏數(shù)據(jù)時(shí)，一般采用中的d來(lái)計(jì)算，n為管子總數(shù)。即:=0.725:?2g3r<44-155<4對(duì)于水平管或水平管束

5、，當(dāng)Re<2100時(shí)<4對(duì)于水平管或水平管束，當(dāng)Re<2100時(shí)此外，水平管外的傳熱系數(shù)還可以按下面方法計(jì)算。如果有n根水平管縱向排列， m為垂直列數(shù)，則凝液的平均傳熱系數(shù)可用下式計(jì)算:= 0.725P2g&3 mnd屮4-156<4對(duì)于水平管或水平管束，當(dāng)Re<2100時(shí):=1.514-157當(dāng) Re>2100 時(shí):-=0.0041P2g丸3、k丿4-158對(duì)水平管對(duì)水平管束G且Lns式中 ns冷凝流體的股數(shù),ns管束的總管數(shù) 一個(gè)管排的平均管數(shù)W-冷凝液量,kg/s。根據(jù)管束排列方式，ns的計(jì)算式如下:對(duì)于正方形直排:ns= 1.288N 0.4

6、80對(duì)于正方形錯(cuò)排:ns0.518=1.370 N對(duì)于三角形直排:ns0 495-2.08N0.495對(duì)于三角形錯(cuò)排:ns-1.022 N 0.519對(duì)于以上幾個(gè)公式是按純凈的飽和蒸汽在潔凈的表面上冷凝時(shí)建立的。若為過(guò)熱蒸汽冷凝，在壁面溫度低于飽和溫度的情況下，仍可用以上公式求：，在使用中公式中的1仍未飽和溫度與壁溫之差，但冷凝潛熱r應(yīng)為過(guò)熱蒸汽冷凝成飽和液體是放出的熱量。對(duì)于垂直壁面或垂直管外的冷凝傳熱計(jì)算還可以采用查圖的方法，圖4-20是Dukles根據(jù)不同的Pr數(shù)做出的冷凝傳熱系數(shù)與Re數(shù)的關(guān)系曲線，及適合于層流，又適合于湍流；根據(jù)Dalton氣體分壓定律，氣體混合物的總壓力p0是蒸汽分

7、壓力p1和不凝氣p2之和，即p1要比其他地方的蒸汽壓力p1P0=p1+p2。由于蒸汽在壁面冷凝，靠近壁面處的蒸汽壓力小，而不凝氣的分壓 p2則相反，靠近壁面則越高。這說(shuō)明在壁面附近不凝氣體的濃度比較 高，在壁面周?chē)纬梢粋€(gè)夾層。蒸汽分子只能依靠擴(kuò)散的作用穿過(guò)夾層，透過(guò)不凝氣。增加了額外阻力，使冷凝傳熱系數(shù)迅速下降。更為不利的是，還會(huì)使壁面附近的蒸汽溫度下降， 因?yàn)轱柡驼羝麥囟瓤偸桥c其壓力相對(duì)應(yīng)的，蒸汽壓力降低，其溫度也隨之降低，這樣也降低了蒸汽與壁面的溫差，根據(jù)文獻(xiàn)，在水蒸氣中即使只含有1%空氣，也會(huì)使冷凝傳熱系數(shù)降低 60%。Schrades做了含不凝性氣體的水蒸氣實(shí)驗(yàn)，提出了下面的關(guān)系式：0.5= 1.3C I <D丿式中 >0 含不凝性氣體的冷凝傳熱系數(shù)，W/(m2* ° C):-純蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)C 不凝性氣體的摩爾分?jǐn)?shù)- 混合氣體的運(yùn)動(dòng)粘度， m2/sD 蒸汽和不凝性氣體間的相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)，m2/s注意：此式適用范圍為： C=1% 40%計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷對(duì)于冷流體均有Q =cpm：t其中：Cp - -定性