傳熱學——凝結核沸騰傳熱

1、（1 1）重點內(nèi)容：）重點內(nèi)容： 凝結與沸騰傳熱機理及其特點；凝結與沸騰傳熱機理及其特點； 膜狀凝結傳熱分析解及實驗關聯(lián)式；膜狀凝結傳熱分析解及實驗關聯(lián)式； 大容器飽和核態(tài)沸騰及臨界熱流密度。大容器飽和核態(tài)沸騰及臨界熱流密度。 （2 2）掌握內(nèi)容：）掌握內(nèi)容：掌握影響凝結與沸騰傳熱的因素。掌握影響凝結與沸騰傳熱的因素。 （3 3）了解內(nèi)容：）了解內(nèi)容： 了解強化凝結與沸騰傳熱的措施及發(fā)展了解強化凝結與沸騰傳熱的措施及發(fā)展現(xiàn)狀、動態(tài)。現(xiàn)狀、動態(tài)。 蒸汽遇冷凝結，液體受熱沸騰屬對流傳蒸汽遇冷凝結，液體受熱沸騰屬對流傳熱。其特點是：伴隨有相變的對流換熱。熱。其特點是：伴隨有相變的對流換熱。 工程中廣

2、泛應用工程中廣泛應用的是：冷凝器及蒸發(fā)器、的是：冷凝器及蒸發(fā)器、再沸器、水冷壁等。再沸器、水冷壁等。 6-1 6-1 凝結傳熱現(xiàn)象凝結傳熱現(xiàn)象凝結傳熱實例凝結傳熱實例鍋爐中的水冷壁鍋爐中的水冷壁寒冷冬天窗戶上的冰花寒冷冬天窗戶上的冰花許多其他的工業(yè)應用過程許多其他的工業(yè)應用過程凝結傳熱的凝結傳熱的關鍵點關鍵點 凝結可能以不同的形式發(fā)生，膜狀凝結和珠凝結可能以不同的形式發(fā)生，膜狀凝結和珠狀凝結狀凝結 冷凝物相當于增加了熱量進一步傳遞的熱阻冷凝物相當于增加了熱量進一步傳遞的熱阻 層流和湍流膜狀凝結傳熱的實驗關聯(lián)式層流和湍流膜狀凝結傳熱的實驗關聯(lián)式 影響膜狀凝結傳熱的因素影響膜狀凝結傳熱的因素 會分

3、析豎壁和橫管的傳熱過程，及會分析豎壁和橫管的傳熱過程，及NusseltNusselt膜膜狀凝結理論狀凝結理論 一、凝結傳熱現(xiàn)象一、凝結傳熱現(xiàn)象 蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時，將汽化蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時，將汽化潛熱釋放給固體壁面，并在壁面上形成凝結液的潛熱釋放給固體壁面，并在壁面上形成凝結液的過程，稱凝結傳熱現(xiàn)象。有兩種凝結形式。過程，稱凝結傳熱現(xiàn)象。有兩種凝結形式。 二、凝結傳熱的分類二、凝結傳熱的分類 根據(jù)凝結液與壁面浸潤能力不同分兩種根據(jù)凝結液與壁面浸潤能力不同分兩種 (1) (1)膜狀凝結膜狀凝結 定義：定義：凝結液體能很好地濕潤壁面，并凝結液體能很好地濕潤壁面，并能在壁面上

4、均勻鋪展成膜的凝結形式，能在壁面上均勻鋪展成膜的凝結形式，稱膜狀凝結。稱膜狀凝結。 特點：特點：壁面上有一層液膜，凝結放出的壁面上有一層液膜，凝結放出的相變熱（潛熱）須穿過液膜才能傳到冷相變熱（潛熱）須穿過液膜才能傳到冷卻壁面上，卻壁面上， 此時液膜成為主要的換熱此時液膜成為主要的換熱熱阻。熱阻。 gwstt(2)(2)珠狀凝結珠狀凝結 定義：定義：凝結液體不能很好地濕潤壁凝結液體不能很好地濕潤壁面，凝結液體在壁面上形成一個個面，凝結液體在壁面上形成一個個小液珠的凝結形式，稱珠狀凝結。小液珠的凝結形式，稱珠狀凝結。 特點：特點：凝結放出的潛熱不須穿過液膜的阻力即凝結放出的潛熱不須穿過液膜的阻力

5、即可傳到冷卻壁面上?？蓚鞯嚼鋮s壁面上。所以，在其它條件相同時，珠狀凝結的表面?zhèn)魉裕谄渌鼦l件相同時，珠狀凝結的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)定大于膜狀凝結的傳熱系數(shù)。熱系數(shù)定大于膜狀凝結的傳熱系數(shù)。 gswtt6-2 6-2 膜狀凝結分析解及關聯(lián)式膜狀凝結分析解及關聯(lián)式 一、純凈蒸汽層流膜狀凝結分析解一、純凈蒸汽層流膜狀凝結分析解 假定假定：1 1）常物性；）常物性；2 2）蒸氣靜止；）蒸氣靜止；3 3）液膜的慣性）液膜的慣性力忽略；力忽略；4 4）氣液界面上無溫差，即液膜溫度等于）氣液界面上無溫差，即液膜溫度等于飽和溫度；飽和溫度；5 5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導熱

6、；有導熱；6 6）液膜的過冷度忽略；）液膜的過冷度忽略； 7 7）忽略蒸汽密）忽略蒸汽密度；度；8 8）液膜表面平整無波動）液膜表面平整無波動根據(jù)以上根據(jù)以上 9 9 個假設從邊界層微分方程組推出努個假設從邊界層微分方程組推出努塞爾的簡化方程組，從而保持對流換熱理論的塞爾的簡化方程組，從而保持對流換熱理論的統(tǒng)一性。同樣的，凝結液膜的流動和換熱符合統(tǒng)一性。同樣的，凝結液膜的流動和換熱符合邊界層的薄層性質(zhì)。邊界層的薄層性質(zhì)。 以豎壁的膜狀凝結為例：以豎壁的膜狀凝結為例： x x 坐標為重力方向，如坐標為重力方向，如圖所示。圖所示。 在穩(wěn)態(tài)情況下，凝結液膜流動的在穩(wěn)態(tài)情況下，凝結液膜流動的微分方程組

7、為微分方程組為 ：2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll下腳標下腳標 l l 表示液相表示液相考慮假定（考慮假定（3 3）液膜的慣性力忽略）液膜的慣性力忽略 2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll0)(yuvxuul考慮假定（考慮假定（7 7）忽略蒸汽密度）忽略蒸汽密度0dxdp0ytvxtu002222ytayuglll 只有只有u u 和和 t t 兩個未知量，于是，上面得方兩個未知量，于是，上面得方程組化簡為：程組化簡為： 考慮假定（考慮假定（5 5） 膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導熱轉(zhuǎn)移

8、只有導熱邊界條件：邊界條件：swttyuyttuy ,0dd 0, 0時，時，1/ 4llsw2l4(tt )xgr 求解上面方程可得：求解上面方程可得：(1) (1) 液膜厚度液膜厚度定性溫度：定性溫度：2wsmttt注意：注意：r r 按按 t ts s 確定確定(2) (2) 局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1 / 423llxlswgrh4( tt)x sw( tttC )整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1 / 423lllVx0lswgr1hh dx0.943ll( tt) 定性溫度：定性溫度：2wsmttt注意：注意：r r 按按 t ts s 確定確定(3)

9、(3) 修正：修正：實驗表明，由于液膜表面波動，凝結實驗表明，由于液膜表面波動，凝結換熱得到強化，因此，實驗值比上述得理論值高換熱得到強化，因此，實驗值比上述得理論值高2020左右左右1/ 423llVlswgrh1.13l(tt ) 修正后：修正后：（4 4）當是水平圓管及球表面上的層流膜狀凝結時，）當是水平圓管及球表面上的層流膜狀凝結時，其平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：其平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為： 1/ 423llHlswgrh0.729d(tt ) 1/ 423llSlswgrh0.826d(tt ) 水平管：水平管：球：球：橫管與豎管的對流換熱系數(shù)之比：橫管與豎管的對流換熱系數(shù)之比：4177. 0 d

10、lhhVH二、膜層中凝結液的流動狀態(tài)二、膜層中凝結液的流動狀態(tài) 20Re 1600Rec無波動層流無波動層流有波動層流有波動層流湍流湍流凝結液體流動也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)凝結液體流動也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)仍然時仍然時ReRe，elduRe式中：式中： u ul l 為為 x = lx = l 處液膜層的平均流速；處液膜層的平均流速；de de 為該截面處液膜層的當量直徑。為該截面處液膜層的當量直徑。ecd4A / P4b/ b4lml4u4qReswmlh(tt )lrqsw4hl( tt)Rerrl對水平管，用對水平管，用 代替上式中的代替上式中的 即可。即可。并且橫管一般都

11、處于層流狀態(tài)并且橫管一般都處于層流狀態(tài)如圖如圖由熱平衡由熱平衡所以所以三、湍流膜狀凝結換熱三、湍流膜狀凝結換熱實驗證明：實驗證明： （ 1 1 ）膜層雷諾數(shù)）膜層雷諾數(shù) Re=1600 Re=1600 時，液膜由層流轉(zhuǎn)時，液膜由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪髯優(yōu)槲闪?； （ 2 2 ）橫管均在層流范圍內(nèi)，因為管徑較小。）橫管均在層流范圍內(nèi)，因為管徑較小。 特征特征 : :對于紊流液膜，熱量的傳遞：（對于紊流液膜，熱量的傳遞：（ 1 1 ）靠近壁）靠近壁面極薄的層流底層依靠導熱方式傳遞熱量；（面極薄的層流底層依靠導熱方式傳遞熱量；（ 2 2 ）層流底層以外的紊流層以紊流傳遞的熱量為主。因?qū)恿鞯讓右酝獾奈闪鲗右晕?/p>

12、流傳遞的熱量為主。因此，紊流液膜換熱遠大于層流液膜換熱。此，紊流液膜換熱遠大于層流液膜換熱。 計算方法：計算方法：對于對于豎壁湍流膜狀換熱豎壁湍流膜狀換熱，沿整個，沿整個壁面上的壁面上的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ccltxxhhh1ll式中：式中：h hl l為層流段的傳熱系數(shù)；為層流段的傳熱系數(shù)；h ht t為湍流段的傳熱系數(shù)；為湍流段的傳熱系數(shù)； x xc c為層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r轉(zhuǎn)折點的高度為層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r轉(zhuǎn)折點的高度 l l為豎壁的總高度為豎壁的總高度1 / 31 / 41 / 23 / 4wssReNuGaPr58 Pr(Re253 )9200Pr利用上面思想，整理的利用上面思

13、想，整理的實驗關聯(lián)式實驗關聯(lián)式：式中：式中： 。除。除 用壁溫用壁溫 計算外，其余物理量的定性溫度均為計算外，其余物理量的定性溫度均為N uhl /;32Gagl/wPrwtst。6-3 6-3 影響膜狀凝結的因素影響膜狀凝結的因素工程實際中所發(fā)生的膜狀凝結過程往往比較復雜，受各種因素的影響。工程實際中所發(fā)生的膜狀凝結過程往往比較復雜，受各種因素的影響。（1）. 不凝結氣體不凝結氣體 不凝結氣體增加了傳遞過程的阻力，同時使飽和溫度下降，減小了凝不凝結氣體增加了傳遞過程的阻力，同時使飽和溫度下降，減小了凝結的驅(qū)動力結的驅(qū)動力（2）. 蒸氣流速蒸氣流速 流速較高時，蒸氣流對液膜表面產(chǎn)生明顯的粘滯應

14、力。流速較高時，蒸氣流對液膜表面產(chǎn)生明顯的粘滯應力。 如果蒸氣流動與液膜向下的流動同向時，使液膜拉薄，如果蒸氣流動與液膜向下的流動同向時，使液膜拉薄，增大；反之增大；反之使使減小。減小。t（4 4）. . 液膜過冷度及溫度分布的非線性液膜過冷度及溫度分布的非線性 如果考慮過冷度及溫度分布的實際情況，要用下式代如果考慮過冷度及溫度分布的實際情況，要用下式代替計算公式中的替計算公式中的 ，（5 5）. . 管子排數(shù)管子排數(shù) 管束的幾何布置、流體物性都會影響凝結換熱。管束的幾何布置、流體物性都會影響凝結換熱。 前面推導的橫管凝結換熱的公式只適用于單根橫管。前面推導的橫管凝結換熱的公式只適用于單根橫管

15、。rpswrr0.68c ( tt) （3 3）. . 過熱蒸氣過熱蒸氣 要考慮過熱蒸氣與飽和液的焓差。要考慮過熱蒸氣與飽和液的焓差。 （6 6）. . 管內(nèi)冷凝管內(nèi)冷凝 此時換熱與蒸氣的流速關系很大。此時換熱與蒸氣的流速關系很大。 蒸氣流速低蒸氣流速低時，凝結液主要在管子底部，蒸氣則位于時，凝結液主要在管子底部，蒸氣則位于 管子上半部。管子上半部。 流速較高流速較高時，形成環(huán)狀流動，凝結液均勻分布在管子時，形成環(huán)狀流動，凝結液均勻分布在管子 四周，中心為蒸氣核。四周，中心為蒸氣核。 （7 7）. . 凝結表面的幾何形狀凝結表面的幾何形狀 強化凝結傳熱的強化凝結傳熱的原則原則是盡量減薄粘滯在傳

16、熱表面上是盡量減薄粘滯在傳熱表面上的液膜的厚度。的液膜的厚度。 可用各種帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，可用各種帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝結的液體盡快從換熱表面上排泄掉?；蛘呤挂涯Y的液體盡快從換熱表面上排泄掉。6-4 沸騰傳熱現(xiàn)象沸騰傳熱現(xiàn)象沸騰的定義：沸騰的定義：沸騰指液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡沸騰指液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡的汽化過程稱為沸騰。的汽化過程稱為沸騰。 沸騰的特點沸騰的特點 1 1 ）液體汽化吸收大量的汽化潛熱；）液體汽化吸收大量的汽化潛熱；2 2 ）由于汽泡形成和脫離時帶走熱量，使加熱表）由于汽泡形成和脫離時帶走熱量，使加熱表面不斷受到冷流體的沖

17、刷和強烈的擾動，所以沸面不斷受到冷流體的沖刷和強烈的擾動，所以沸騰傳熱強度遠大于無相變的傳熱。騰傳熱強度遠大于無相變的傳熱。 沸騰傳熱分類：沸騰傳熱分類： 1 1 ）大容器沸騰（池內(nèi)沸騰）大容器沸騰（池內(nèi)沸騰） ； 2 2 ）強制對流沸騰（管內(nèi)沸騰）強制對流沸騰（管內(nèi)沸騰）上述每種又分為上述每種又分為過冷沸騰過冷沸騰和和飽和沸騰飽和沸騰。產(chǎn)生沸騰的條件：產(chǎn)生沸騰的條件： 理論分析與實驗證明，產(chǎn)生沸騰的條件：理論分析與實驗證明，產(chǎn)生沸騰的條件： 1 1）液體必須過熱；）液體必須過熱； 2 2）要有汽化核心）要有汽化核心 一、一、 大容器飽和沸騰曲線大容器飽和沸騰曲線 （1 1）大容器沸騰）大容器

18、沸騰 定義：定義：指加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中指加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰稱為大容器沸騰。所發(fā)生的沸騰稱為大容器沸騰。 特點：特點：產(chǎn)生的氣泡能自由浮升，穿過液體自由面產(chǎn)生的氣泡能自由浮升，穿過液體自由面進入容器空間。進入容器空間。 （2 2）飽和沸騰）飽和沸騰 定義：定義：液體主體溫度達到飽和溫度，壁面溫度高液體主體溫度達到飽和溫度，壁面溫度高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰稱為飽和沸騰。于飽和溫度所發(fā)生的沸騰稱為飽和沸騰。 特點特點 : : 隨著壁面過熱度的增高，出現(xiàn)隨著壁面過熱度的增高，出現(xiàn) 4 4 個換熱個換熱規(guī)律全然不同的區(qū)域。規(guī)律全然不同的區(qū)域。 （3 3）過冷沸

19、騰）過冷沸騰 指液體主體溫度低于相應壓力下飽和溫度，指液體主體溫度低于相應壓力下飽和溫度，壁面溫度大于該飽和溫度所發(fā)生的沸騰換熱，稱過壁面溫度大于該飽和溫度所發(fā)生的沸騰換熱，稱過冷沸騰。冷沸騰。 （4 4）大容器飽和沸騰曲線：）大容器飽和沸騰曲線： 表征了大容器飽和沸騰的全部過程，共包括表征了大容器飽和沸騰的全部過程，共包括4 4個換熱規(guī)律不同的階段：個換熱規(guī)律不同的階段：自然對流、核態(tài)沸騰、過自然對流、核態(tài)沸騰、過渡沸騰渡沸騰和和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，如圖所示：，如圖所示：qmaxqmin如圖如圖 6-11 6-11 所示，橫坐標為壁面過熱度（對數(shù)坐所示，橫坐標為壁面過熱度（對數(shù)坐標）；

20、縱坐標為熱流密度（算術密度）。標）；縱坐標為熱流密度（算術密度）。 從曲線變化規(guī)律可知：隨壁面過熱度的增大，區(qū)從曲線變化規(guī)律可知：隨壁面過熱度的增大，區(qū)段段、將整個曲線分成四個特定的換將整個曲線分成四個特定的換熱過程，其特性如下：熱過程，其特性如下： 1 1 ）單相自然對流段（液面汽化段）單相自然對流段（液面汽化段） 壁面過熱度小時（圖中壁面過熱度小時（圖中 ）沸騰尚未開始，）沸騰尚未開始，換熱服從單相自然對流規(guī)律。換熱服從單相自然對流規(guī)律。4t2 2 ）核態(tài)沸騰（飽和沸騰）核態(tài)沸騰（飽和沸騰） 隨著隨著 的上升，在加熱面的一些特定點上開的上升，在加熱面的一些特定點上開始出現(xiàn)汽化核心，并隨之形

21、成汽泡，該特定點稱始出現(xiàn)汽化核心，并隨之形成汽泡，該特定點稱為起始沸點。其特點是：為起始沸點。其特點是： t開始階段開始階段，汽化核心產(chǎn)生的汽泡互不干擾，汽化核心產(chǎn)生的汽泡互不干擾，稱為稱為孤立汽泡區(qū)；孤立汽泡區(qū)； 隨著隨著 的上升，汽化核心增加，生成的汽的上升，汽化核心增加，生成的汽泡數(shù)量增加，汽泡互相影響并合成汽塊及汽柱，泡數(shù)量增加，汽泡互相影響并合成汽塊及汽柱，稱為稱為相互影響區(qū)。相互影響區(qū)。 t隨著隨著 的增大，的增大， q q 增大，當增大，當 增大到一定增大到一定值時，值時， q q 增加到最大值增加到最大值 ，汽泡擾動劇烈，汽化，汽泡擾動劇烈，汽化核心對換熱起決定作用，則稱該段為

22、核心對換熱起決定作用，則稱該段為核態(tài)沸騰核態(tài)沸騰（泡狀沸騰）。（泡狀沸騰）。 t其特點：其特點：溫壓小，換熱強度大，其終點的熱流密溫壓小，換熱強度大，其終點的熱流密度度 q q 達最大值達最大值 。工業(yè)設計中應用該段。工業(yè)設計中應用該段。 t 3 3 ）過渡沸騰）過渡沸騰 從峰值點進一步提高從峰值點進一步提高 ，熱流密度，熱流密度 q q 減小；減?。划敭?增大到一定值時，熱流密度減小到增大到一定值時，熱流密度減小到 ，這一，這一階段稱為階段稱為過渡沸騰過渡沸騰。該區(qū)段的特點是屬于不穩(wěn)定。該區(qū)段的特點是屬于不穩(wěn)定過程。過程。 tminq原因：原因：汽泡的生長速度大于汽泡躍離加熱面的速汽泡的生長

23、速度大于汽泡躍離加熱面的速度，使汽泡聚集覆蓋在加熱面上，形成一層蒸汽度，使汽泡聚集覆蓋在加熱面上，形成一層蒸汽膜，而蒸汽排除過程惡化，致使膜，而蒸汽排除過程惡化，致使q q下降。下降。 4 4 ）穩(wěn)定膜態(tài)沸騰）穩(wěn)定膜態(tài)沸騰 從從 開始，隨著開始，隨著 的上升，氣泡生長速的上升，氣泡生長速度與躍離速度趨于平衡。此時，在加熱面上形成穩(wěn)度與躍離速度趨于平衡。此時，在加熱面上形成穩(wěn)定的蒸汽膜層，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)律地脫離膜層，致定的蒸汽膜層，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)律地脫離膜層，致使使 上升時，熱流密度上升時，熱流密度 q q 上升，此階段稱為上升，此階段稱為穩(wěn)穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。定膜態(tài)沸騰。 minqtt 其特點：其特

24、點：（ 1 1 ）汽膜中的熱量傳遞不僅有導熱，而且有對流；）汽膜中的熱量傳遞不僅有導熱，而且有對流； （ 2 2 ）輻射熱量隨著）輻射熱量隨著T的加大而劇增，使熱流密度大的加大而劇增，使熱流密度大大增加；大增加； （ 3 3 ）在物理上與膜狀凝結具有共同點：前者熱量必）在物理上與膜狀凝結具有共同點：前者熱量必須穿過熱阻大的汽膜；后者熱量必須穿過熱阻相對較須穿過熱阻大的汽膜；后者熱量必須穿過熱阻相對較小的液膜。小的液膜。 幾點說明：幾點說明：（1 1）上述熱流密度的峰值）上述熱流密度的峰值q qmaxmax 有重大意義，稱為臨有重大意義，稱為臨界熱流密度，亦稱燒毀點。一般用核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折界熱流密度

25、，亦稱燒毀點。一般用核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點點DNBDNB作為監(jiān)視接近作為監(jiān)視接近q qmaxmax的警戒。這一點對熱流密的警戒。這一點對熱流密度可控和溫度可控的兩種情況都非常重要。度可控和溫度可控的兩種情況都非常重要。（2 2）對穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，因為熱量必須穿過的是熱阻）對穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，因為熱量必須穿過的是熱阻較大的汽膜，所以換熱系數(shù)比凝結小得多。較大的汽膜，所以換熱系數(shù)比凝結小得多。二、二、 汽化核心的分析汽化核心的分析 (1) (1) 汽泡的成長過程汽泡的成長過程 實驗表明，通常情況下，沸騰時汽泡只發(fā)生在實驗表明，通常情況下，沸騰時汽泡只發(fā)生在加熱面的某些點，而不是整個加熱面上，這些加熱面的某些點，

26、而不是整個加熱面上，這些產(chǎn)生氣泡的點被稱為產(chǎn)生氣泡的點被稱為汽化核心汽化核心，較普遍的看法，較普遍的看法認為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留氣體，是最認為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留氣體，是最好的汽化核心，如圖所示。好的汽化核心，如圖所示。(2) (2) 汽泡的存在條件汽泡的存在條件 汽泡半徑汽泡半徑R R必須滿足下列條件才能存活必須滿足下列條件才能存活( (克拉貝龍克拉貝龍方程方程) )(2minswvsttrTRR式中：式中： 表面張力，表面張力，N/m；r 汽化潛熱，汽化潛熱，J/kg v 蒸汽密度，蒸汽密度，kg/m3；tw 壁面溫度，壁面溫度， C ts 對應壓力下的飽和溫度，對應壓力下的飽

27、和溫度， C可見，可見， (t(tw w t ts s ) ) , R , Rminmin 同一加熱面上，稱為汽化同一加熱面上，稱為汽化核心的凹穴數(shù)量增加核心的凹穴數(shù)量增加 汽化核心數(shù)增加汽化核心數(shù)增加 傳熱增強傳熱增強6-5 沸騰傳熱計算沸騰傳熱計算式式 沸騰傳熱也是對流換熱的一種，因此，沸騰傳熱也是對流換熱的一種，因此，牛頓冷卻公式仍然適用牛頓冷卻公式仍然適用，即，即thtthqsw)(但對于沸騰傳熱的但對于沸騰傳熱的h h卻又許多不同的計算公式卻又許多不同的計算公式一、一、 大容器飽和核態(tài)沸騰大容器飽和核態(tài)沸騰 影響核態(tài)沸騰的因素主要是過熱度和汽化核影響核態(tài)沸騰的因素主要是過熱度和汽化核

28、心數(shù)，而汽化核心數(shù)受表面材料、表面狀況、壓心數(shù)，而汽化核心數(shù)受表面材料、表面狀況、壓力等因素的支配，所以沸騰換熱的情況液比較復力等因素的支配，所以沸騰換熱的情況液比較復雜，導致了個計算公式分歧較大。目前存在兩種雜，導致了個計算公式分歧較大。目前存在兩種計算是：計算是：（ 1 1 ）針對一種液體的計算公式；）針對一種液體的計算公式； （ 2 2 ）廣泛適用于各種液體的計算式；）廣泛適用于各種液體的計算式； （1 1）適用于水的米海耶夫計算式）適用于水的米海耶夫計算式 Pa6510410 在在 壓力下大容器飽和沸騰計算式：壓力下大容器飽和沸騰計算式： 5 . 033. 21ptCh)(122. 0

29、33. 35 . 01KNmWC按按 thq15.07 .02pqCh )(533. 015. 03 . 03 . 02KNmWC（2 2 ）適用于各種液體的計算式）適用于各種液體的計算式: : 既然沸騰換熱也屬于對流換熱，那么，既然沸騰換熱也屬于對流換熱，那么，st = f st = f ( Re, Pr )( Re, Pr )也應該適用。羅森諾正是在這種思路也應該適用。羅森諾正是在這種思路下，通過大量實驗得出了如下實驗關聯(lián)式：下，通過大量實驗得出了如下實驗關聯(lián)式：33. 0)(PrvllwlslplgrqCrtc上式可以改寫為：上式可以改寫為：321Pr)(slwlplvllrCtCgrq

30、 對于制冷介質(zhì)而言，以下的對于制冷介質(zhì)而言，以下的庫珀（庫珀（CooperCooper）公）公式式目前得到廣泛的應用：目前得到廣泛的應用：mprmrrRmKmWCppMCqhlg2.012.0)/(90)lg(66.033.055.05.067.0其中：其中： 為液體的相對分子質(zhì)量；為液體的相對分子質(zhì)量； 為對比壓力（液體壓力與該流體的臨界壓力為對比壓力（液體壓力與該流體的臨界壓力之比）；之比）； 為表面平均粗糙度，（對一般工業(yè)用管材表為表面平均粗糙度，（對一般工業(yè)用管材表面，為面，為0.30.30.40.4）；）； 為熱流密度。為熱流密度。rMrPpRq二、二、 大容器沸騰的臨界熱流密度大容

31、器沸騰的臨界熱流密度 對于大容器沸騰的臨界熱流密度的對于大容器沸騰的臨界熱流密度的計算，推薦采用如下半經(jīng)驗公式：計算，推薦采用如下半經(jīng)驗公式：4121max)(24vlvgrq三、三、 大容器膜態(tài)沸騰的關聯(lián)式大容器膜態(tài)沸騰的關聯(lián)式（1 1）橫管的膜態(tài)沸騰）橫管的膜態(tài)沸騰413)()(62. 0swvvvlvttdgrh 式中，除了式中，除了r r 和和 l l 的值由飽和溫度的值由飽和溫度 t ts s 決定外，其決定外，其余物性均以平均溫度余物性均以平均溫度 t tm m ( t( tw wt ts s ) / 2 ) / 2 為定性溫度，為定性溫度，特征長度為管子外徑特征長度為管子外徑d,

32、 d, 如果加熱表面為球面，則上式中如果加熱表面為球面，則上式中的系數(shù)的系數(shù)0.620.62改為改為0.670.67勃洛姆來建議采用如下勃洛姆來建議采用如下超越方程超越方程來計算：來計算：343434rchhhswswrTTTTh)(44其中：其中：（2）考慮熱輻射作用）考慮熱輻射作用 由于膜態(tài)換熱時，壁面溫度一般較高，因此，有由于膜態(tài)換熱時，壁面溫度一般較高，因此，有必要考慮熱輻射換熱的影響，它的影響有兩部分，一必要考慮熱輻射換熱的影響，它的影響有兩部分，一是直接增加了換熱量，另一個是增大了汽膜厚度，從是直接增加了換熱量，另一個是增大了汽膜厚度，從而減少了換熱量。因此，必須綜合考慮熱輻射效應。而減少了換熱量。因此，必須綜合考慮熱輻射效應。6-6 6-6 影響沸騰傳