《熱工與流體力學基礎》課件13第十三章 對流換熱

第十三章

對流換熱學習導引

本章主要介紹的是對流換熱的計算。牛頓冷卻公式提供了對流換熱換熱量的計算方法，通過它，定義了表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，從而使復雜的對流換熱問題得以簡化

最終的對流換熱問題集中于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的求取。關于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的求取，本文給出了不同情況下的準則關聯(lián)式。學習時應準確了解每個方程式的適用范圍、物理量的具體含義，通過適當?shù)剡x擇，最后計算出表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，進而求得對流換熱量。

學習要求

本章重點是掌握牛頓冷卻公式以及不同情況下表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算，通過學習應達到以下要求：1.理解對流換熱的基本概念，了解對流換熱的過程及分類。2.理解牛頓冷卻公式的物理意義，會應用牛頓冷卻公式計算流體與固體壁面間的對流換熱量。3.理解表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的定義和物理意義，了解影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的因素。4.了解主要的無因次準數(shù)的含義，并掌握其計算方法。5.了解常見的無相變和有相變對流換熱的換熱特征，能正確選用合適的公式進行對流換熱的定量計算。6.了解影響凝結換熱和沸騰換熱的因素。本章難點1.對流換熱過程的分析比較抽象，較難理解。學習中結合對流換熱的流動狀況和溫度分布圖會有較為直觀的理解。2.無因次準數(shù)的含義比較抽象，較難理解。學習中應重點掌握無因次準數(shù)的計算方法。3.應用準則關聯(lián)式求解表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)需要一定的技巧，有一定的難度。應注意公式的適用范圍，定性溫度和特征尺寸的選取，并應結合例題與習題加強練習。

第一節(jié)

對流換熱概念及牛頓冷卻公式

1.熱對流

熱對流只發(fā)生在流體之中，總是與流體運動密切相關，并受到流體運動的影響。

由于流體的宏觀運動，使流體各部分之間發(fā)生相對位移，致使冷、熱流體相互摻混而引起的熱量傳遞現(xiàn)象。

一、對流換熱的概念

自然對流

由于流體中各部分的密度不同而引起。

強制對流

就引起的流動原因而論，對流可分為:

熱對流如電冰箱冷凝器和房間暖氣片等換熱設備表面冷、熱空氣的流動。流體的流動由動力機械的作用造成。

如水泵驅動空調裝置中的冷媒水流體的熱對流總是伴隨著導熱。

2.對流換熱

流體與固體壁之間既直接接觸又相對運動時的熱量傳遞過程稱為對流換熱。

對流換熱是由熱對流和導熱共同作用的復合換熱形式。

對流換熱分類:

按流體流動原因分為

強制對流換熱自然對流換熱

按流體是否有相變分為

相變對流換熱

無相變對流換熱

凝結換熱

沸騰換熱

如空氣掠過房間空調器對流換熱無相變

有相變

內部流動外部流動

強制對流自然對流圓管內強制對流換熱

管內凝結換熱

管外凝結換熱

凝結換熱

沸騰換熱

對流換熱非圓管內強制對流換熱

流體流過平板的對流換熱

流體流過圓管束的對流換熱

流體流過單根圓管的對流換熱

有限空間的自然對流換熱大空間的自然對流換熱管內的沸騰換熱

大容器的沸騰換熱

二、對流換熱過程分析

當流體在管內湍流時，在傳熱方向上截取一截面A-A，各層界面處的溫度變化為:

tht

h

tw1

tw2

t

c

tc

湍流主體的傳熱以熱對流為主；

緩沖層的傳熱以導熱和熱對流進行;

層流底層的傳熱以導熱的方式進行。

因此，對流換熱的熱阻主要集中在流體的層流底層內，減薄層流底層的厚度是強化對流換熱的主要途徑。

該層溫差很大,熱阻也大流體在管內湍流時,其流動狀況由層流內層、緩沖層和湍流主體組成三、牛頓冷卻公式由牛頓1702年提出，是用于對流換熱量的計算公式。

或

:熱流量，W；A:換熱面積，m2；h:表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2

K）；△t:對流換熱溫差，△t=tw-tf，℃;RW:對流換熱熱阻，RW

=1/hA，K/W;R:單位面積對流換熱熱阻，R

=1/h，m2

K/Wtf流體平均溫度表明：

對流換熱量

與壁面換熱面積A及流體與壁面之間的溫度差Dt成正比；表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大小反映了對流換熱的強弱。

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h表明了當流體與壁面間的溫差為1K時，在單位時間內通過單位面積的熱流量。

表13-1表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大致范圍W/（m2

K）

牛頓冷卻公式將影響對流換熱的諸多復雜因素，歸結為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)這一參數(shù)，對流換熱研究的核心也就歸結為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的求解。

牛頓冷卻公式對流換熱方式h對流換熱方式h空氣自然對流5～12高壓水蒸氣強制對流500～3500空氣強制對流12～100水沸騰600～50000水自然對流200～1000蒸汽膜狀凝結4500～18000水強制對流1000～15000蒸汽珠狀凝結45000～140000四、影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要因素1.流體流動的起因

影響流體的速度分布

。2.流體的流動狀態(tài)及流速的影響

一般來說，強制對流的流速比自然對流高，因而表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也高。

如空氣的流動同一流態(tài)，流體流速增加時，傳熱速率加快。

層流底層內以導熱傳熱外，湍流主體以熱對流傳熱為主，h大，對流換熱效果好。熱量傳遞主要為垂直于流動方向的導熱，h的大小取決于流體的熱導率。

層流湍流

3.流體的物理性質

密度

越大，流體與壁面間的熱阻就越小，換熱就越強烈；

比定壓熱容cp

熱導率

、cp越大，單位質量攜帶的熱量越多，傳熱能力越大；

動力黏度

影響因素

越大，黏滯力越大，加大了層流底層的厚度，不利于對流換熱。

4.流體有無相變有相變時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要比無相變時的大。

有相變時，流體吸收或放出潛熱，對流換熱要劇烈得多。

影響因素無相變時，流體顯熱變化實現(xiàn)對流換熱。

沸騰換熱

凝結換熱

沸騰時液體中汽泡的產(chǎn)生和運動增加了液體內部的擾動，從而強化了對流換熱。

5.換熱表面的幾何因素

換熱表面的形狀、大小、狀況（光滑或粗糙程度）以及相對位置等幾何因素影響了流體的流態(tài)、流速分布和溫度分布，從而影響了對流換熱的果。

影響因素熱面朝上氣流擾動比較激烈，換熱強度大

第二節(jié)

流體無相變時的對流換熱計算

流體無相變時對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可表示為經(jīng)分析，可得流體無相變時對流換熱的準數(shù)關系式為

一、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的一般關聯(lián)式將各影響因素經(jīng)過分析組成若干個無因次準數(shù)

表13-2準數(shù)的符號和含義表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的一般關聯(lián)式符號名稱公式含義Nu

努塞爾數(shù)

表示對流換熱的強弱，是被決定準數(shù)，包含待定的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

Re

雷諾數(shù)

表示流體的流動類型

Pr

普朗特數(shù)

表示流體的物性影響

Gr

格拉曉夫數(shù)

表示由于溫度差而引起的自然對流的影響

其中△t

流體與壁面之間溫度差，℃；l

換熱器換熱表面的特征尺寸，如管內徑、外徑或平板高度等，m；

V

流體的體積膨脹系數(shù)，K-1，對于理想氣體：Tm

理想氣體的定性溫度，K。由表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的一般關聯(lián)式對自然對流其指數(shù)函數(shù)形式為

上式稱為準則關聯(lián)式，其中C、m、n為常數(shù)，均由不同情況時的具體條件進行實驗測定后，再由該式計算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h。對強制對流升力的影響較大，Re的影響可忽略

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的一般關聯(lián)式1.應用范圍2.定性溫度在使用準則關聯(lián)式確定表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h時，必須注意:

即建立準則關聯(lián)式時的實驗范圍，一般指Re、Pr、Gr的數(shù)值范圍，使用時不能超出該范圍。

確定準數(shù)中流體物性所依據(jù)的溫度就是定性溫度。其確定方法不盡相同。

3.特征尺寸

對對流換熱有顯著影響的幾何尺寸，在建立準則關聯(lián)式時就定為特征尺寸。

如管內徑、當量直徑等二、管內流體強制對流換熱計算常用的強制對流時的準則關聯(lián)式如下表，可在計算時選用。1.流體在圓形管內作強制對流時的準則關聯(lián)式流型準則關聯(lián)式適用范圍定性溫度特征尺寸湍流Nu=0.023Re0.8Prn

（13-6）流體被加熱時，n＝0.4流體被冷卻時,n＝0.3(1)流體與壁面的溫差較小，一般氣體與壁面溫差不超過50℃；水與壁面溫差不超過30℃；油類溫差不超過10℃(2)104＜Re＜1.2

105(3)0.7＜Pr＜120(4)≥60

流體進出口溫度的算術平均值

換熱管的內徑

di

（13-7）

(1)流體與壁面的溫差較大(2)Re＞104(3)0.7＜Pr＜16700(4)≥60

μw為壁面溫度下的黏度，其余物理量用流體進出口溫度的算術平均值

層流

（13-8）不考慮自然對流的影響

(1)Re＜2300(2)0.48＜Pr＜16700(3)0.0044＜＜9.75(4)≥2

μw為壁面溫度下的黏度，其余物理量用流體進出口溫度的算術平均值

管內流體強制對流換熱計算

其它關聯(lián)式中出現(xiàn)的修正項，可以采用如下方法做近似處理：

2.表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算的修正（1）流體溫度的不均勻性對物性影響的修正

流體被加熱和被冷卻時，Pr的指數(shù)n分別取0.4和0.3。

液體被加熱時，

液體被冷卻時，

氣體無論被加熱還是被冷卻，

Nu=0.023Re0.8Prn

如上表管內流體強制對流換熱計算

上兩式要求L/di≥60

;當L/di＜60時，可將由上兩式計算所得的Nu乘以短管效應修正系數(shù)

L進行修正。

（2）換熱管入口效應的修正

Nu=0.023Re0.8Prn

管內流體強制對流換熱計算

將Re=2300～10000時作為流體處于管內過渡區(qū)流動。此時，可先按湍流時的公式確定，再將計算所得的結果乘以過渡區(qū)修正系數(shù)

，即可獲得h。（3）流體在管內流動處于過渡區(qū)時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的確定

管內流體強制對流換熱計算

此時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比起在直管內流動時有所提高。可先按直管計算后再乘以彎管修正系數(shù)

R即可獲得h

。

（4）流體在彎管內強制對流時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的修正

對氣體

對液體

R:彎管的彎曲半徑，m；

di:管內徑，m。管內流體強制對流換熱計算

仍可用圓形管的公式，一般情況下，只是將特征尺寸用流體阻力計算中的水力當量直徑de代替內徑即可。

（5）流體在非圓形直管內作強制對流時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)確定有些資料中規(guī)定了一些關聯(lián)式采用傳熱當量直徑de′:

究竟采用哪個當量直徑，需要根據(jù)具體的準則關聯(lián)式來確定。將準則關聯(lián)式中的管內徑改用當量直徑為近似方法

管內流體強制對流換熱計算

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的較精確計算步驟

（1）根據(jù)已知條件，選取適當?shù)亩ㄐ詼囟群吞卣鞒叽?，查找相應的物性參?shù)。

（2）先由已知條件計算Re，再根據(jù)Re值判斷管內流體的流態(tài)。

（3）根據(jù)管內的流態(tài)（層流、湍流或過渡區(qū)）和適宜范圍，選用相應的準則關聯(lián)式。（4）由已知條件選取或計算有關的修正系數(shù)。（5）根據(jù)修正系數(shù)，得到修正后的Nu；（6）由Nu值求得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h。

例13-1水流進長度為L=5m的直管，從tf′

25℃被加熱到tf〞

35℃。管內徑di

20mm，水在管內的流速為2m/s。求平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

三、管外流體強制對流換熱計算1.管束的排列方式

流體在管外強制流動時，常為:

垂直流過管束垂直流過單管工程上常用順排

叉排

在相同的雷諾數(shù)Re和管排數(shù)下，叉排管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h一般比順排時高，同時叉排的流動阻力損失也比順排大。

2.管束表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素

管子的排數(shù)

管束排列方式

管間距

管徑管外流體強制對流換熱計算排列方式準則關聯(lián)式適用范圍液體計算式對空氣或煙氣的簡化式（Pr=0.7）

順排Nu=0.24Re0.63

Re=103～2

105，

Nu=0.018Re0.84Re=2

105～2

106

叉排Re=103～2

105

Nu=0.35Re0.6Nu=0.019Re0.84Re=2

105～2

106

3.管外流體強制對流換熱計算

表13-4流體強制垂直流過管束的準則關聯(lián)式

管外流體強制對流換熱計算s1:與流向垂直的橫向管間距（m）；s2:與流向平行的縱向管間距（m）（見圖13-4）；Prw的定性溫度為管壁溫度；Nu、Re、Pr的定性溫度取流體在管束間的平均溫度，特征尺寸為管外徑；Re中的流速取值為流通截面最窄處的流速（管束中的最大流速）vmax。

管束和流體的具體情況不同，其準則關聯(lián)式也不盡相同

排數(shù)1234568121620順排0.690.800.860.900.930.950.960.980.991.00叉排0.620.760.840.880.920.950.960.980.991.00

若管排數(shù)小于＜20，則求得的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h再乘以一個管排數(shù)修正系數(shù)

n。

表13-5管排數(shù)修正系數(shù)

n的值管外流體強制對流換熱計算表中各式的適用范圍是：管排數(shù)≥20，0.7＜Pr＜500。15°30°45°60°70°80°～90°順排0.410.700.830.940.971.00叉排0.410.530.780.940.971.00表13-6圓管管束沖擊角修正系數(shù)

的值

管外流體強制對流換熱計算

對于管殼式換熱器，當流向與管軸夾角

小于90

時，對應的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h應乘以沖擊角的修正系數(shù)

。流通截面最窄處的流速vmax的計算:

若管外流體強制對流換熱計算

叉排:

其斜向節(jié)距為:

＜＞若

順排:

v為流體進入管束前的流速

對于流體沿軸向流過管束時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可采用管內湍流換熱公式計算，但特征尺寸應取當量直徑de。

管外流體強制對流換熱計算不論管束是順排還是叉排，de值相同，皆為

式中A

為流道截面積，m2；

x

濕周，m。

例13-2某冷凝器為8排順排管束，管外徑d=40mm，s1/d

2，s2/d

3，空氣的平均溫度tf

20℃，空氣通過最窄截面的平均流速為vmax

10m/s，沖擊角

60

。試求空氣在管束中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

四、自然對流換熱計算

流體自然對流換熱是指流體與固體壁面相接觸，由于兩者溫度不同，靠近壁面的流體受壁面溫度的影響，造成流體溫度和密度的改變，流體主體與固體壁面附近的流體間因存在密度的差異而形成浮力，結果導致固體壁面附近的流體上升（或下降）和流體主體的流體下降（或上升）的自然對流。

有限空間自然對流換熱

分為:大空間自然對流換熱如雙層玻璃窗之間的空氣層

1.大空間自然對流換熱

大空間自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)僅與Pr和Gr有關，其準則關聯(lián)式為：

定性溫度tm為壁面溫度tw和流體溫度tf的平均值(將壁溫看作定值)。即式中，C和n是由實驗確定的常數(shù)，其值由表13-7查取。

對于豎直圓柱，須滿足:≥否則上式中C取為0.686，n的值與豎直壁面的情況相同。

表13-7大空間自然對流換熱準則關聯(lián)式中的c和n值大空間自然對流換熱流動情況示意圖層流湍流層流湍流層流湍流

層流

流態(tài)C和n值

熱面朝下或冷面朝上的水平壁

熱面朝上或冷面朝下的水平壁

水平圓柱

豎直平壁或豎直圓柱表面形狀及位置0.580.150.540.1250.480.851.020.10

0.59

C壁面高度H

104～109

1/4

109～1013

1/3

n105～10111/58

106～10111/3

矩形取兩個邊長的平均值；非規(guī)則形取面積與周長之比；圓盤取0.9d

2

104～8

1061/4107～10121/3104～1070.25102～1040.188圓柱外徑d

10-2～1020.148特征尺寸

適用范圍（GrPr）

有限空間的自然對流換熱是指在封閉的夾層內由高溫壁向低溫壁的傳熱過程。

封閉夾層的幾何位置可分為豎直、水平及傾斜三種情況。

工程應用中引入當量熱導率

e，即將該換熱過程簡化為按平壁導熱方式。

2.有限空間中的自然對流換熱t(yī)w1，tw2分別為熱面和冷面的平均溫度

有限空間自然對流換熱

當量熱導率

e與流體的熱導率

的比值可用準則關聯(lián)式表示為

定性溫度為；特征尺寸為夾層的厚度

；H為豎直夾層的高度；C、m、n為常數(shù)。

表13-8給出了流體為氣體時常見的幾種當量熱導率準則關聯(lián)式。

對豎直夾層，當

/H＞0.33時，按大空間自然對流換熱計算。當豎直夾層的Gr＜2000或水平夾層熱面在上時，按導熱過程處理，即

e

。

表13-8有限空間氣體自然對流當量熱導率準則關聯(lián)式有限空間自然對流換熱2×105＜GrPr＜1.1×107

6000＜GrPr＜2×105

豎直夾層

適用范圍

關聯(lián)式

夾層位置

7000＜GrPr＜3.2×105=0.212(GrPr)1/4

1700＜GrPr＜7000=0.059(GrPr)0.4

水平夾層（熱面在下）

1708＜GrPrcos

＜5900傾斜夾層（熱面在下與水平夾角為

）

GrPr＞3.2×105=0.061(GrPr)1/3

9.23×104＜GrPrcos

＜106=0.157(GrPrcos

)0.2855900＜GrPrcos

＜9.23×104=0.229(GrPrcos

)0.252

例13-3有一根放置在空氣中冷卻的水平管道，外徑為0.1m，外表面溫度tw為170℃，溫度為30℃空氣在管外作自然對流，試求單位管長的熱損失。

例13-4冷、熱兩個豎直壁面之間夾層的厚度為25mm，高度為500mm，熱壁面的溫度為15℃，冷壁面的溫度為-15℃，求夾層之間空氣的當量熱導率及單位面積的傳熱量。

第三節(jié)流體有相變時對流換熱

膜狀凝結1.蒸汽凝結的兩種方式珠狀凝結

一、凝結換熱

高強度換熱

蒸汽和低于相應壓力下飽和溫度的冷壁面相接觸時，就會放出汽化潛熱，凝結成液體附著在壁面上。此現(xiàn)象即為凝結換熱。

如果凝結液能夠很好地潤濕壁面，就會在壁面上形成連續(xù)的液體膜，這種凝結形式稱為膜狀凝結。

膜狀凝結的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)主要取決于凝結液的性質和液膜的厚度。

膜狀凝結液膜越厚，其熱阻越大，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也越小

蒸汽凝結潛熱以導熱的方式通過液膜到達壁面，液膜幾乎集中了凝結換熱的全部熱阻。

工業(yè)冷凝器的設計均以膜狀凝結換熱為計算依據(jù)。冷壁

珠狀凝結

如果凝結液不能很好地潤濕壁面，則因表面張力的作用將凝結液在壁面上集聚為許多小液珠，并隨機地沿壁面落下，這種凝結稱為珠狀凝結。

其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠比膜狀凝結時的大，有時大到幾倍甚至幾十倍

。

珠狀凝結時蒸汽不必通過液膜的附加熱阻，而直接在傳熱面上凝結

（1）豎直平壁表面的膜狀凝結換熱

凝結液膜作層流（Re＜1600）運動時，整個豎直平壁表面膜狀凝結的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為

2.膜狀凝結換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算上式中除r外，其余物性參數(shù)都按凝結液膜的平均溫度確定。

:凝結液密度，kg/m3；

:凝結液熱導率，W/（mK）；ts:冷凝溫度，℃；tw

:壁面溫度，℃；H:壁面高度，m；r

:汽化潛熱，由飽和溫度查取，J/kg。（2）水平圓管外表面的膜狀凝結換熱

水平管外的凝結比豎管更為有利。當L/d

50時，水平管的平均凝結表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比豎管高出一倍。因此，冷凝器通常采用水平管。

由于管徑一般不很大，蒸汽在水平圓管外膜狀凝結液膜一般為層流，其平均凝結表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按下式計算

d:圓管外徑

（3）水平管束外的膜狀凝結換熱

蒸汽在管束外凝結時，上排管的凝結液會部分地落到下排管上去，使下排管的凝結液膜增厚，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；但由于液滴下落時的沖擊、擾動，又會使下排管的凝結液膜產(chǎn)生紊動，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)回升。

水平管束外凝結的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為

式中nm

豎直方向上的平均管排數(shù)。nm的取值與管子的排列方式有關

對于順排管束，水平方向上各列管子在豎直方向上的排數(shù)相同，令為n，則

對于叉排管束，若水平方向有z列管子，各列管子在豎直方向的排數(shù)不相等，分別為n1、n2、

、nz，則平均管排數(shù)按下式計算水平管束外的膜狀凝結換熱nm

n

以上討論的是純飽和蒸汽在靜止或流速影響可忽略不計的情況下凝結換熱的計算，工程實際中還應考慮:

（1）蒸汽的流速和流向

3.影響蒸汽凝結換熱的因素

蒸汽流速較大（介于10～25m/s）時，若蒸汽與液膜流動方向一致，液膜將加速變薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增大；當流動方向相反時，液膜將減速增厚，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)減小。以水蒸氣膜狀凝結為例，一般認為:

蒸汽流速小于10m/s時，流速對傳熱影響很小，可忽略不計。

蒸汽流速很大（大于25m/s）時，將會把液膜吹離表面，不論流向如何，都會使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增大。

（2）蒸汽中含有不凝性氣體

如空氣、氮氣等，即使含量極微，也會對凝結換熱產(chǎn)生十分有害的影響

。排除不凝結氣體是保證制冷系統(tǒng)冷凝器正常運行的關鍵。

（3）過熱蒸汽

影響蒸汽凝結換熱的因素如水蒸氣中含有1％的空氣能使凝結表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低60％實驗研究表明，水蒸氣的過熱度對凝結傳熱影響不大。

一般冷凝器中蒸汽的過熱度都不大，傳熱計算中可按飽和蒸汽處理。

（4）表面情況的影響

冷凝器凝結壁面光滑、清潔、無油垢，有利于提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

。

（5）凝結壁面的形狀及位置

影響蒸汽凝結換熱的因素

對一根管子而言，在其它條件相同的情況下，水平放置時的換熱遠比豎直放置時的換熱效果好。

在豎直管冷凝器上設置有疏液裝置

。

對于水平管束，為了減薄下面管排上液膜的厚度，一般要減少豎直列上的管子數(shù)目，或者將管子的排列旋轉一定的角度，使得凝結液沿下一根管子的切線方向流過。

（6）管內凝結

影響蒸汽凝結換熱的因素

如風冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器。

豎直管內部凝結水平管內部凝結

當蒸汽流向由上向下流動時，可使液膜流速加快，液膜變薄，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大提高。

采用豎直管內部凝結時，冷凝器一般做成單管程，并使蒸汽比較均勻地分配到每一根管內。

影響蒸汽凝結換熱的因素

對水平管，冷凝器往往采用多管程，其氣液難以做到均勻分配。

水平管內的凝結與水平管外的凝結相比較，在其它條件相同的情況時，前者的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要低一些。

水平管內部凝結

如薄膜冷凝器

豎直管內部凝結

凝結液膜總是向下流動二、沸騰換熱

大容器沸騰

1.液體沸騰的分類

指加熱面被浸在沒有強制對流的液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象。

指液體受熱沸騰過程中與固體壁面間的換熱現(xiàn)象。

（1）大容器沸騰和管內沸騰

此時液體內一方面存在著由溫度差引起的自然對流，另一方面又存在著因汽泡運動所導致的液體運動。

是液體在一定壓差作用下，以一定的流速流經(jīng)加熱管時所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象，又稱為強制對流沸騰。

此時，液體的流速對沸騰過程產(chǎn)生影響，而且在加熱面上所產(chǎn)生的汽泡不是自由上浮的，而是被迫與液體一起流動的，出現(xiàn)了復雜的氣液兩相流動。

沸騰換熱

管內沸騰

沸騰換熱（2）過冷沸騰和飽和沸騰

當液體主體溫度低于相應壓力下的飽和溫度，而加熱面溫度又高于飽和溫度時，將產(chǎn)生過冷沸騰。

過冷沸騰

此時，在加熱面上產(chǎn)生的汽泡將在液體主體重新凝結，熱量的傳遞是通過這種汽化

凝結的過程實現(xiàn)的。

飽和沸騰

當液體主體的溫度達到其相應壓力下的飽和溫度時，離開加熱面的汽泡不再重新凝結，這種沸騰稱為飽和沸騰。2.大容器沸騰換熱沸騰溫差

t:①對流沸騰

（1）大容器飽和沸騰曲線

以常壓下水在金屬表面上沸騰的實驗為例:

AB段，常壓下

t＜5℃，q、h隨

t緩慢增加。壁面溫度tw與液體飽和溫度ts之差。沸騰溫差的量變會引起沸騰換熱機理的質變

q較低，即使壁面上產(chǎn)生了汽泡也不能脫離上浮。其換熱過程符合無相變的對流換熱規(guī)律。

②泡態(tài)沸騰

③膜態(tài)沸騰

BC段，

t

5～25℃，有大量汽泡在壁面上迅速生長和激烈運動，強烈擾動周圍液體，使h和q都顯著增大，且h達到峰值；

BC段的沸騰換熱