傳熱學(xué)第八章相變換熱課件

1換熱形式：單相相變交換熱量：（顯熱mct）（潛熱m）相對單位質(zhì)量熱容量：1~100介質(zhì)流量m相對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：1~10

A1、相變換熱與非相變換熱的對比：2、凝結(jié)換熱現(xiàn)象蒸汽液體——凝結(jié)蒸汽

壁面上凝結(jié)——凝結(jié)換熱1換熱形式：單相2膜狀凝結(jié)——凝結(jié)液在壁面上鋪展成膜。珠狀凝結(jié)——凝結(jié)液在壁面上凝聚成液珠。h珠>>h膜(表面改性)

條件：內(nèi)聚力<附著力，潤濕表面。條件：內(nèi)聚力>附著力，不潤濕表面。實驗測量：1個大氣壓下，水蒸氣凝結(jié)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)珠狀凝結(jié)：4104~105；膜狀凝結(jié)：6103~104

W/(m2K)2膜狀凝結(jié)——凝結(jié)液在壁面上鋪展成膜。珠狀凝結(jié)——凝結(jié)液在3純凈蒸汽層流液膜；常物性；蒸汽是靜止的，汽液界面上無對液膜的粘滯應(yīng)力；液膜的慣性可以忽略；汽液界面上無溫差；膜內(nèi)溫度分布是線性的，即認為液膜內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱而無對流作用；液膜的過冷度可以忽略；相對于液體密度，蒸汽密度可忽略不計；液膜表面平整無波動。

3、膜狀凝結(jié)分析解及實驗關(guān)聯(lián)式（1）努塞爾特假設(shè)：3純凈蒸汽層流液膜；3、膜狀凝結(jié)分析解及實驗關(guān)聯(lián)式（1）努4（2）簡化微分方程：動量方程(重力與粘性力平衡)能量方程(只有導(dǎo)熱)邊界條件：y=0時，u=0，t=tw

y=

時，

4（2）簡化微分方程：動量方程(重力與粘性力平衡)能量方程(5（求解過程可參見教材P304~306）主要計算結(jié)果：即：局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：液膜厚度計算式：5（求解過程可參見教材P304~306）即：局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)6豎壁層流分析解（膜層Re<1600）水平圓管的層流膜狀凝結(jié)分析解：（3）分析解：對比分析可見，當l/d=50時，橫管的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是豎管的兩倍。(橫管強化傳熱)6豎壁層流分析解（膜層Re<1600）水平圓管的層流膜狀凝結(jié)7球表面的層流膜狀凝結(jié)分析解：定性溫度：膜層平均溫度7球表面的層流膜狀凝結(jié)分析解：定性溫度：膜層平均溫度8紊流實驗關(guān)聯(lián)式：定性溫度、特性尺度及各準則數(shù)定義參見教材P308（4）實驗關(guān)聯(lián)式：層流水平管實驗解與分析解同。層流豎壁實驗關(guān)聯(lián)式由于表面波動使換熱增強，將分析解系數(shù)變?yōu)?.9431.2=1.13即可。膜層雷諾數(shù)及其臨界值8紊流實驗關(guān)聯(lián)式：定性溫度、特性尺度及各準則數(shù)定義參見教材P9來源：蒸汽帶入；蒸汽分解；負壓條件下系統(tǒng)漏入； 系統(tǒng)生成（液體與金屬相容性）。危害：含氣體1％h60％原因：蒸汽與液膜間的熱阻措施：斷絕來源；系統(tǒng)中安裝抽氣器、空氣分離器等。4、影響膜狀凝結(jié)的因素流向與液膜流動方向相同拉薄液膜h蒸汽流速、流向不凝氣體——在壁溫下不能凝結(jié)的氣體9來源：蒸汽帶入；蒸汽分解；負壓條件下系統(tǒng)漏入；4、影響膜狀10過熱蒸汽 飽和干蒸汽 飽和液體過熱蒸汽（表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降，教材敘述不可?。ɡ鋮s）非相變

（冷凝）相變

液膜過冷度及溫度分布的非線性蒸汽液膜熱側(cè)液膜冷側(cè)壁面

凝結(jié) 導(dǎo)熱 對流

由于冷卻過程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠低于冷凝過程，所以過熱蒸汽將使換熱器的換熱能力大大下降，因此熱用戶應(yīng)將過熱蒸汽飽和化。例如某紡織廠溴化鋰制冷機組的過熱蒸汽進行飽和化處理后，機組制冷能力提高了20%。

由于液膜的過冷，使得放熱量增加了液膜所釋放的顯熱。

管子排數(shù) （飛濺作用使得多層h>單層h）對于管內(nèi)冷凝，蒸汽流速和凝液堆積影響換熱效果。凝結(jié)表面的幾何形狀（減薄液膜、及時排除凝結(jié)液）10過熱蒸汽 飽和干蒸汽 飽和11沸騰：液體表面和內(nèi)部同時發(fā)生氣化的現(xiàn)象。（開水不響）沸騰換熱：溫度高于沸點的壁面與液體之間的換熱過程。5、沸騰換熱現(xiàn)象大容器飽和沸騰曲線

液體飽和，壁面溫度高于飽和溫度。液體具有自由表面隨著壁面過熱度的增加，依次發(fā)生核態(tài)沸騰、過渡沸騰、膜態(tài)沸騰。圖中核態(tài)沸騰和過渡沸騰交界處的熱流密度峰值叫做臨界熱流密度，亦稱燒毀點。一般通過控制熱流密度或控制壁面過熱度避免越過該點，以達到設(shè)備的安全經(jīng)濟運行。11沸騰：液體表面和內(nèi)部同時發(fā)生氣化的現(xiàn)象。（開水不響）5、12兩滴完全相同的水珠分別落在120攝氏度和400攝氏度的鐵板上，哪一滴先汽化掉？

答：落在120度的水珠先汽化。因為水珠在120度鐵板的沸騰屬于核態(tài)沸騰，換熱較強，而在400度鐵板的沸騰屬于膜態(tài)沸騰，換熱較弱。12兩滴完全相同的水珠分別落在120攝氏度和400攝氏度的鐵13汽化核心的分析（汽泡的生成條件）氣泡內(nèi)外壓差=表面張力隨著壁溫的升高，壁面過熱度加大，汽化核心的半徑愈來愈小。13汽化核心的分析（汽泡的生成條件）氣泡內(nèi)外壓差=表面張力隨14管內(nèi)沸騰——兩相流14管內(nèi)沸騰——兩相流156、沸騰換熱計算式1.大容器飽和液體核態(tài)沸騰（參見教材P320~322）2.大容器飽和沸騰的臨界熱通量（參見教材P322~323）3.大容器飽和液體膜態(tài)沸騰（參見教材P323）156、沸騰換熱計算式1.大容器飽和液體核態(tài)沸騰（參見教材167、影響沸騰換熱的因素不凝結(jié)氣體（強化沸騰）過冷