传热学（第六版）7第七章.doc

11 ht07 .doc 第七章第七章 凝结与沸腾传热气态工质在饱和温度下，由气态转变为液态的过程称为凝结或冷凝；而液态工质在饱和温度下以产生气泡的形式转变为气态的过程称为沸腾 第一节 凝结传热二、膜状凝结传热 1.层流膜状凝结理论解图7-1 膜状凝结传热膜内温度及速度场 在建立并求解液膜运动微分方程及能量微分方程中，努氏对液膜的速度场和温度场，如图7-1（a）所示，作了若干合理的设定，把它简化为图7-1（b）的情况，这些设定是：(1) 纯蒸气在壁上凝结成层流液膜，且物性为常量；(2) 液膜表面温度tδ = ts（饱和温度），即蒸气—液膜交界面无温度梯度，这样，在交界面上仅发生凝结传热而无对流传热与辐射传热；(3) 蒸气是静止的，且认为蒸气对液膜表面无黏滞应力作用，故液膜表面 ；(4) 液膜很薄且流动速度缓慢，可忽略液膜的惯性力和对流作用；(5) 凝结热以导热方式通过液膜，因为液膜薄，膜内温度视为线性分布；(6) 忽略液膜的过冷度，即凝结液的焓为饱和液体的焓H'，（实际凝结液的温度将低于饱和温度ts，故蒸气不但释放出潜热，还有显热，但两者中潜热远大于显热，以致可以忽略显热）。

在建立并求解液膜运动微分方程及能量微分方程中，努氏对液膜的速度场和温度场，如图7-1（a）所示，作了若干合理的设定，把它简化为图7-1（b）的情况，这些设定是：（1）纯蒸气在壁上凝结成层流液膜，且物性为常量；（2）液膜表面温度tδ = ts（饱和温度），即蒸气—液膜交界面无温度梯度，这样，在交界面上仅发生凝结传热而无对流传热与辐射传热；（3）蒸气是静止的，且认为蒸气对液膜表面无黏滞应力作用，故液膜表面 ；（4）液膜很薄且流动速度缓慢，可忽略液膜的惯性力和对流作用；（5）凝结热以导热方式通过液膜，因为液膜薄，膜内温度视为线性分布；（6）忽略液膜的过冷度，即凝结液的焓为饱和液体的焓H'，（实际凝结液的温度将低于饱和温度ts，故蒸气不但释放出潜热，还有显热，但两者中潜热远大于显热，以致可以忽略显热） （1）= ρv g因为在一般压力条件下，ρ≫ρv，上式变为 （2）y = 0， u =0y = δ， （3）y = 0， u =0y = δ， （3） （4）y = 0； t = twy = δ； t = tst = tw +（ts - tw） （5）y = 0， u =0y = δ， （3） （4）y = 0； t = twy = δ； t = tst = tw +（ts - tw） （5） （kg/s） （6）将式（6）代入得 （7） （8） （9）∴ （7-1a） [W/(m2·K)] （7-1b） [W/(m2·K)] （7-2a）2. 层流膜状凝结传热准则关联式图7-2 液膜的流动图7-3 垂直壁膜状凝结理论解与实验关联式的比较图7－4 层流液膜表面波动 凝结液膜雷诺数 Rec == （10）∴ Rec == （7-3） （11）Rec = （7-4）凝结准则CoCo =为无量纲数群Co==Nu·Ga-1/3，Ga称伽利略（Galileo）准则垂直壁理论解 Co=1.47 Rec-1/3 （7-1c）水平管理论解 Co=1.51 Rec-1/3 （7-2b） [W/（m2·K）] （7-5a）或 （7-5b） （7-6） 3. 紊流膜状凝结 当>1800时 （7-7） （12） 4.水平管内凝结传热图7－5 水平管内低速蒸气凝结当Rev < 35000时，可采用下式估算平均表面传热系数 （7-8） （7-9） 5. 水平管束管外平均表面传热系数图7－6 水平管束凝结液 三、影响膜状凝结的因素及增强传热的措施 1. 影响因素 (1)蒸气速度 (2)蒸气含不凝气体 (3)表面粗糙度 (4)蒸气含油 (5)过热蒸气 2. 增强凝结传热的措施 (1)改变表面几何特征 (2)有效地排除不凝气体 (3)加速凝液的排除 加装中间导流装置、使用离心力、低频振动和静电吸引等方法加速凝液的排泄。

(4)采用能形成珠状凝结的表面第二节 沸 腾 传 热2－1 大空间沸腾传热一、饱和沸腾过程和沸腾曲线图7-7 大空间沸腾曲线（水,1.013） 二、泡态沸腾机理 图7-8气泡上的作用力图7-9气泡在核化点上生成图 7-10气泡在壁上的形状 及随p的变化 图7-11 大空间沸腾水的、、对于球形 ，，代入上式，微分，得到 （1） （2）近似表达 （3） （4）式中，pv及pl分别为气泡内蒸气和沸腾液体的密度，kg/m3当沸腾远离临界点时，pv≪pl，则式（4）简化为 （5）式中，r为饱和温度下的汽化潜热，J/kg 将式（5）代入式（3），再由式（1）可得 （6） （7） 三、大空间泡态沸腾表面传热系数的计算 （7-10） （8） [W/（m2·K）] （7-11a）由q＝h△t，上式亦可写为 [W/（m2·K）] （7-11b）式中 p－沸腾绝对压强，Pa； q－热流密度，W/m2； △t－沸腾温差tw－ts，℃。

2．罗森瑙（Rohsennow）关联计算式： （W/m2） （7-12）水s＝1.0；对其他液体s =1.7 Cw,l值 表7-1液体及壁面材料组合情况Cw,l液体及壁面材料组合情况Cw,l水—有划痕的铜0.0068水—机械抛光不锈钢0.0132水—抛光的铜0.0128水—抛光不锈钢0.0060水—化学浸蚀过的不锈钢0.0133水—铂金0.0130正戊烷—抛光的紫铜0.0154正戊烷—磨平的紫铜0.0049苯—铬0.0101乙醇—铬0.0027 图7-12 多孔表面的沸腾2-2 管内沸腾传热简述图7-13 垂直管内沸腾图7-14 水平管内沸腾第三节 热 管图7-15 热管工作原理1-蒸发段；2-绝热段；3-凝结段；4-管芯；5-液态工质；6-气态工质蒸气 1热管的加热区（蒸发段）；2蒸汽输送区（绝热段）；3散热区（凝结段）。