第七章凝結(jié)及沸騰換熱傳熱學課件

1凝結(jié)換熱的強化程錕倫1凝結(jié)換熱的強化2§-1凝結(jié)換熱一.概述1.凝結(jié)

2.凝結(jié)形式膜狀凝結(jié):g當凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠g工質(zhì)在飽和溫度下由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過程稱為凝結(jié).當凝結(jié)液能很好地潤濕壁面時,凝結(jié)液將形成連續(xù)的膜向下流動(2)珠狀凝結(jié)2§-1凝結(jié)換熱一.概述1.凝結(jié)2.凝結(jié)形式膜狀凝結(jié):g當3(3)兩種凝結(jié)形式的比較膜狀凝結(jié):由于沿整個壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度及運動狀態(tài)直接影響了熱量傳遞。珠狀凝結(jié):由于凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個數(shù)量級）雖然珠狀凝結(jié)換熱遠大于膜狀凝結(jié)，但可惜的是，珠狀凝結(jié)很難保持，因此，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大多屬于膜狀凝結(jié)，因此，教材中只簡單介紹了膜狀凝結(jié).3(3)兩種凝結(jié)形式的比較膜狀凝結(jié):由于沿整個壁面形成一層41.層流膜狀凝結(jié)換熱理論解1）常物性；2）蒸氣靜止；3）液膜的慣性力忽略；4）氣液界面上無溫差，即液膜溫度等于飽和溫度；5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導熱；6）液膜的過冷度忽略；7）忽略蒸汽密度；8）液膜表面平整無波動二.膜狀凝結(jié)換熱(1)假定41.層流膜狀凝結(jié)換熱理論解1）常物性；二.膜狀凝結(jié)換熱(5邊界層微分方程組：下腳標

l表示液相gt(y)u(y)ThermalboundarylayersVelocityboundarylayers微元控制體x(2)理論解的推導5邊界層微分方程組：下腳標l表示液相gt(y)u(y)T6考慮（7）忽略蒸汽密度考慮（5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導熱考慮（3）液膜的慣性力忽略6考慮（7）忽略蒸汽密度考慮（5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱7邊界條件：求解上面方程可得：(1)液膜厚度定性溫度：注意：r按ts

確定7邊界條件：求解上面方程可得：(1)液膜厚度定性溫度：注意8(2)局部對流換熱系數(shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3)修正：定性溫度：注意：r按ts

確定豎壁:實驗表明，由于液膜表面波動，凝結(jié)換熱得到強化，因此，實驗值比上述得理論值高20％左右8(2)局部對流換熱系數(shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3)9用gsin

代替以上各式中的g即可水平圓管:努塞爾的理論分析可推廣到水平圓管及球表面上的層流膜狀凝結(jié)式中：下標“

H”表示水平管，“

S”表示球;d為水平管或球的直徑。定性溫度與前面的公式相同傾斜壁:橫管與豎管的對流換熱系數(shù)之比：9用gsin代替以上各式中的g即可水平圓管:努塞爾10時，慣性力項和液膜過冷度的影響均可忽略。另外，除了對波動的修正外，其他假設(shè)也有人做了相關(guān)的研究，如當并且，10時，慣性力項和液膜過冷度的影響均可忽略。另外，除了對波動11(1)凝結(jié)液膜雷諾數(shù)Rec無波動層流有波動層流湍流凝結(jié)液體流動也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)仍然時Rec，式中：um

壁的底部液膜斷面平均流速；de

液膜層的當量直徑。2.層流膜狀凝結(jié)換熱準則關(guān)聯(lián)式11(1)凝結(jié)液膜雷諾數(shù)Rec無波動層流有波動層流湍流凝12由熱平衡所以對水平管，用代替上式中的即可。并且橫管一般都處于層流狀態(tài)如圖12并且橫管一般都處于層流狀態(tài)如圖13(2)凝結(jié)準則Co豎壁:(3)準則關(guān)聯(lián)式水平管:13(2)凝結(jié)準則Co豎壁:(3)準則關(guān)聯(lián)式水平管:14三.湍流膜狀凝結(jié)換熱

液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)可定為1800。橫管因直徑較小，實踐上均在層流范圍。對湍流液膜，除了靠近壁面的層流底層仍依靠導熱來傳遞熱量外，層流底層之外以湍流傳遞為主，換熱大為增強豎壁湍流液膜段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):14三.湍流膜狀凝結(jié)換熱液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界15對豎壁的湍流凝結(jié)換熱，其沿整個壁面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算式為：式中：hl

為層流段的傳熱系數(shù)；

ht

為湍流段的傳熱系數(shù)；

xc為層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r轉(zhuǎn)折點的高度

l

為豎壁的總高度15對豎壁的湍流凝結(jié)換熱，其沿整個壁面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算16四.影響膜狀凝結(jié)的因素

要考慮過熱蒸氣與飽和液的焓差。不凝結(jié)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(jié)的驅(qū)動力1.不凝結(jié)氣體2.蒸氣流速3.過熱蒸氣

流速較高時，蒸氣流對液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。如果蒸氣流動與液膜向下的流動同向時，使液膜拉薄，增大；反之使減小。16四.影響膜狀凝結(jié)的因素不凝結(jié)氣體增加了傳遞過程的阻力，17

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，

管束的幾何布置、流體物性都會影響凝結(jié)換熱。前面推導的橫管凝結(jié)換熱的公式只適用于單根橫管。4.液膜過冷度及溫度分布的非線性5.管子排數(shù)6.管內(nèi)冷凝

此時換熱與蒸氣的流速關(guān)系很大。蒸氣流速低時，凝結(jié)液主要在管子底部，蒸氣則位于管子上半部。流速較高時，形成環(huán)狀流動，凝結(jié)液均勻分布在管子四周，中心為蒸氣核。17如果考慮過冷度及溫度分布的實際情況，要用下式代替18強化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度?？捎酶鞣N帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝結(jié)的液體盡快從換熱表面上排泄掉。7.凝結(jié)表面的幾何形狀187.凝結(jié)表面的幾何形狀191920凝結(jié)換熱的強化程錕倫1凝結(jié)換熱的強化21§-1凝結(jié)換熱一.概述1.凝結(jié)

2.凝結(jié)形式膜狀凝結(jié):g當凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠g工質(zhì)在飽和溫度下由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過程稱為凝結(jié).當凝結(jié)液能很好地潤濕壁面時,凝結(jié)液將形成連續(xù)的膜向下流動(2)珠狀凝結(jié)2§-1凝結(jié)換熱一.概述1.凝結(jié)2.凝結(jié)形式膜狀凝結(jié):g當22(3)兩種凝結(jié)形式的比較膜狀凝結(jié):由于沿整個壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度及運動狀態(tài)直接影響了熱量傳遞。珠狀凝結(jié):由于凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個數(shù)量級）雖然珠狀凝結(jié)換熱遠大于膜狀凝結(jié)，但可惜的是，珠狀凝結(jié)很難保持，因此，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大多屬于膜狀凝結(jié)，因此，教材中只簡單介紹了膜狀凝結(jié).3(3)兩種凝結(jié)形式的比較膜狀凝結(jié):由于沿整個壁面形成一層231.層流膜狀凝結(jié)換熱理論解1）常物性；2）蒸氣靜止；3）液膜的慣性力忽略；4）氣液界面上無溫差，即液膜溫度等于飽和溫度；5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導熱；6）液膜的過冷度忽略；7）忽略蒸汽密度；8）液膜表面平整無波動二.膜狀凝結(jié)換熱(1)假定41.層流膜狀凝結(jié)換熱理論解1）常物性；二.膜狀凝結(jié)換熱(24邊界層微分方程組：下腳標

l表示液相gt(y)u(y)ThermalboundarylayersVelocityboundarylayers微元控制體x(2)理論解的推導5邊界層微分方程組：下腳標l表示液相gt(y)u(y)T25考慮（7）忽略蒸汽密度考慮（5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導熱考慮（3）液膜的慣性力忽略6考慮（7）忽略蒸汽密度考慮（5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱26邊界條件：求解上面方程可得：(1)液膜厚度定性溫度：注意：r按ts

確定7邊界條件：求解上面方程可得：(1)液膜厚度定性溫度：注意27(2)局部對流換熱系數(shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3)修正：定性溫度：注意：r按ts

確定豎壁:實驗表明，由于液膜表面波動，凝結(jié)換熱得到強化，因此，實驗值比上述得理論值高20％左右8(2)局部對流換熱系數(shù)整個豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(3)28用gsin

代替以上各式中的g即可水平圓管:努塞爾的理論分析可推廣到水平圓管及球表面上的層流膜狀凝結(jié)式中：下標“

H”表示水平管，“

S”表示球;d為水平管或球的直徑。定性溫度與前面的公式相同傾斜壁:橫管與豎管的對流換熱系數(shù)之比：9用gsin代替以上各式中的g即可水平圓管:努塞爾29時，慣性力項和液膜過冷度的影響均可忽略。另外，除了對波動的修正外，其他假設(shè)也有人做了相關(guān)的研究，如當并且，10時，慣性力項和液膜過冷度的影響均可忽略。另外，除了對波動30(1)凝結(jié)液膜雷諾數(shù)Rec無波動層流有波動層流湍流凝結(jié)液體流動也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)仍然時Rec，式中：um

壁的底部液膜斷面平均流速；de

液膜層的當量直徑。2.層流膜狀凝結(jié)換熱準則關(guān)聯(lián)式11(1)凝結(jié)液膜雷諾數(shù)Rec無波動層流有波動層流湍流凝31由熱平衡所以對水平管，用代替上式中的即可。并且橫管一般都處于層流狀態(tài)如圖12并且橫管一般都處于層流狀態(tài)如圖32(2)凝結(jié)準則Co豎壁:(3)準則關(guān)聯(lián)式水平管:13(2)凝結(jié)準則Co豎壁:(3)準則關(guān)聯(lián)式水平管:33三.湍流膜狀凝結(jié)換熱

液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)可定為1800。橫管因直徑較小，實踐上均在層流范圍。對湍流液膜，除了靠近壁面的層流底層仍依靠導熱來傳遞熱量外，層流底層之外以湍流傳遞為主，換熱大為增強豎壁湍流液膜段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):14三.湍流膜狀凝結(jié)換熱液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界34對豎壁的湍流凝結(jié)換熱，其沿整個壁面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算式為：式中：hl

為層流段的傳熱系數(shù)；

ht

為湍流段的傳熱系數(shù)；

xc為層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r轉(zhuǎn)折點的高度

l

為豎壁的總高度15對豎壁的湍流凝結(jié)換熱，其沿整個壁面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算35四.影響膜狀凝結(jié)的因素

要考慮過熱蒸氣與飽和液的焓差。不凝結(jié)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(jié)的驅(qū)動力1.不凝結(jié)氣體2.蒸氣流速3.過熱蒸氣

流速較高時，蒸氣流對液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。如果蒸氣流動與液膜向下的流動同向時，使液膜拉薄，增大；反之使減小。16四.影響膜狀凝結(jié)的因素不凝結(jié)氣體增加了傳遞過程的阻力，36

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，

管束的幾何布置、流體物性都會影響凝結(jié)換熱。前面推導的橫管凝結(jié)換熱的公式只適用于單根橫管。4