1、两种凝结方式：两种凝结方式：1.膜状凝结换热膜状凝结换热1.1 层流膜状凝结理论解层流膜状凝结理论解层流膜状凝结理论解是层流膜状凝结理论解是1916 年努谢尔特最先导得的。年努谢尔特最先导得的。珠状凝结珠状凝结：当凝结液体不能很好的浸润：当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结（可能因此，换热速率远大于膜状凝结（可能大几倍，甚至一个数量级）大几倍，甚至一个数量级）gswtt膜状凝结膜状凝结：沿整个壁面形成一层薄膜，：沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重
2、力的作用下流动，凝结放出的并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递度直接影响了热量传递gswttxgy蒸汽液膜wtttsvu液膜状况液膜状况xxdxywtstt 0dydu理论近似理论近似MdMM dMydydxytwHMdMH HdMM平衡分析平衡分析l 基本特征如图基本特征如图1.物性参数为常数；物性参数为常数；2.液膜流动状态为层流；液膜流动状态为层流；3.液膜表面温度液膜表面温度等于蒸汽饱和温度；等于蒸汽饱和温度；4.蒸汽是静止的，对液膜表面无粘滞应力作用；蒸汽是静止的，对液膜表面无粘滞应力作用；5.液膜
3、很薄且流动速度缓慢，可忽略液膜惯性力；液膜很薄且流动速度缓慢，可忽略液膜惯性力；6.凝结热以导热方式通过液膜，膜内温度为线性；凝结热以导热方式通过液膜，膜内温度为线性；7.忽略液膜过冷度，凝液的焓即为饱和液体的焓。忽略液膜过冷度，凝液的焓即为饱和液体的焓。l 理论分析理论分析以液膜为研究对象，取一微元体以液膜为研究对象，取一微元体(如图如图)，分析其质量、动，分析其质量、动量和能量平衡。量和能量平衡。由于忽略液膜惯性力，液膜内的速度仅由粘性力与重力所由于忽略液膜惯性力，液膜内的速度仅由粘性力与重力所决定。经理论分析可得断面内的速度分布函数为决定。经理论分析可得断面内的速度分布函数为yfyygu
4、,2112验证：验证：粘滞力与重力相粘滞力与重力相平衡，说明速度分布正确平衡，说明速度分布正确 ygdydugdyd 质流量质流量 MdyyfgdyyygudyM01320220,321 dfdgdddMdM222 能量平衡关系式能量平衡关系式dxttdMHHwsr 液膜厚度液膜厚度dxttdgrws22dxgrttdws234/124grttxws4/1324wsxttxrgh积分求出垂直壁面层流液膜的平均表面传热系数：积分求出垂直壁面层流液膜的平均表面传热系数：4/1320943.01wslxttlrgdxhlh1.2 层流膜状凝结换热准则关系式层流膜状凝结换热准则关系式凝结液膜雷诺数凝结
5、液膜雷诺数 及凝结准则及凝结准则CocRememecududRe3/123/1223ghghCo，准则关联式准则关联式3/1Re47.1cCo因雷诺数因雷诺数与待求的换热系数与待求的换热系数 h 有关，凝结换热系数的计算有关，凝结换热系数的计算需要试算。需要试算。其他形状物体表面及紊流换热准则关联式见书中推荐的公其他形状物体表面及紊流换热准则关联式见书中推荐的公式。式。思考与注意：如果紊流部分所占比例不是很大，整个壁面思考与注意：如果紊流部分所占比例不是很大，整个壁面的平均凝结换热系数应按加权平均计算的平均凝结换热系数应按加权平均计算44UfdertthlMuwsmc44 4Rememecud
6、udRe雷诺数的计算雷诺数的计算影响因素：影响因素：蒸气速度蒸气速度，顺液膜流动方向或蒸汽流速很大，顺液膜流动方向或蒸汽流速很大(10m/s)，增强凝结换热；增强凝结换热；蒸气含不凝气体蒸气含不凝气体，阻碍蒸汽向液体表面的流动，降低传热，阻碍蒸汽向液体表面的流动，降低传热效果；效果；表面粗糙度表面粗糙度，低雷诺数时降低传热系数，高雷诺数时增强，低雷诺数时降低传热系数，高雷诺数时增强换热；换热；蒸气含油蒸气含油，形成油垢增加热阻；，形成油垢增加热阻；蒸气过热蒸气过热，过热度对换热系数影响很小。，过热度对换热系数影响很小。改变表面几何特征改变表面几何特征，如开槽、挂丝，加速凝液排除；，如开槽、挂丝
7、，加速凝液排除；有效有效排出不凝气体排出不凝气体；使用外力，如离心力、振动等，使用外力，如离心力、振动等，加速凝液排除加速凝液排除；促进珠状凝结促进珠状凝结。增强凝结换热措施：增强凝结换热措施：沸腾分为沸腾分为大空间沸腾大空间沸腾(池内沸腾池内沸腾)和和有限空间沸腾有限空间沸腾(强制对流强制对流沸腾沸腾)，每种又分为，每种又分为过冷沸腾过冷沸腾和和饱和沸腾饱和沸腾。大容器沸腾大容器沸腾(池内沸腾池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面的液：加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾；体中所发生的沸腾；强制对流沸腾强制对流沸腾：强制对流沸腾：强制对流沸腾(常见于常见于管内沸腾管内沸腾)Heat
8、ed SurfaceLiquidflowBubble flowSlug flowAnnular flowMist flow饱和沸腾饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度，而壁面温度高于饱和：液体主体温度达到饱和温度，而壁面温度高于饱和温度所发生的沸腾，称之为饱和沸腾温度所发生的沸腾，称之为饱和沸腾过冷沸腾过冷沸腾：指液体主流尚未达到饱和温度，即处于过冷状态，：指液体主流尚未达到饱和温度，即处于过冷状态，而壁面上开始产生气泡，称之为过冷沸腾而壁面上开始产生气泡，称之为过冷沸腾 汽泡的成长过程汽泡的成长过程 实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面
9、的某些点，而不是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为某些点，而不是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为汽汽化核心化核心，较普遍的看法认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气，较普遍的看法认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心，如图所示。体，是最好的汽化核心，如图所示。Rvplp 上半球面压强差作用力上半球面压强差作用力2Rpplv表面张力作用力表面张力作用力R2两力平衡时两力平衡时RRpplv22Rpplv2 时，气泡继续长大。同时说明时，气泡继续长大。同时说明 R 越小，越小，所需压强差越大。所需压强差越大。R 0 时，所需压强差趋于无穷大。时，所需压强差趋于无穷大。此时，气泡既不长大
10、也不缩小。此时，气泡既不长大也不缩小。Rpplv2svslslvsTrTrdTdp 饱和温度与饱和压力一一对应，其关系可用以下微分关饱和温度与饱和压力一一对应，其关系可用以下微分关系式描述系式描述svslvttdTdppp通常气泡内外压强差很小，可近似地描述为通常气泡内外压强差很小，可近似地描述为 气泡生成长大的条件气泡生成长大的条件结合力平衡及饱和温度压力关系，得气泡生成长大的条件结合力平衡及饱和温度压力关系，得气泡生成长大的条件 RttTrsvs2或或 svsttrTR2热力学第二定律要求热力学第二定律要求 vltt 过热度过热度 越小，所需最小半径越小，所需最小半径 越大；越大；过热度过
11、热度 ，则，则sltttminR0tminRslsttrTR2所以所以trTttrTRssls22min定义定义 表示气泡核的最小生成半径表示气泡核的最小生成半径半径大于气泡核生成时的最小半径的壁面微孔可成为气化半径大于气泡核生成时的最小半径的壁面微孔可成为气化核心核心,因此气泡总是先在壁面上产生因此气泡总是先在壁面上产生2.饱和沸腾过程和沸腾曲线饱和沸腾过程和沸腾曲线 饱和沸腾时，壁温与饱和温度之差称为饱和沸腾时，壁温与饱和温度之差称为沸腾温差沸腾温差。随随t 的变化有三种沸腾状态：的变化有三种沸腾状态：对流沸腾、泡态沸腾对流沸腾、泡态沸腾及及膜态沸膜态沸腾腾。水的沸腾曲线如图所示。水的沸腾
12、曲线如图所示7106105104103101205310Ctc30Ctttsw自然对流泡态沸腾过渡态膜态沸腾ABDCE1.对流沸腾：气泡不能脱离壁面和上浮；对流沸腾：气泡不能脱离壁面和上浮；2.泡态沸腾：核沸腾，气泡大量的生成和剧烈的运动，换热泡态沸腾：核沸腾，气泡大量的生成和剧烈的运动，换热强度剧增；强度剧增；3.临界热流密度：沸腾热流量的峰值，该值对应的状态点又临界热流密度：沸腾热流量的峰值，该值对应的状态点又称烧毁点；称烧毁点；4.膜态沸腾：壁面被一层稳定的气膜所覆盖；膜态沸腾：壁面被一层稳定的气膜所覆盖；5.过渡态沸腾：壁面被不稳定的气膜所覆盖；过渡态沸腾：壁面被不稳定的气膜所覆盖；6
13、.液体主体过热度：液体主体温度与饱和温度之差。水的液液体主体过热度：液体主体温度与饱和温度之差。水的液体主体过热度约为体主体过热度约为0.30.4C。3.大空间泡态沸腾换热系数的计算大空间泡态沸腾换热系数的计算15.07.0533.0pqhKmW2/thq5.033.2122.0pthKmW2/4.泡态沸腾换热的增强措施泡态沸腾换热的增强措施制造更多的汽化核心，加强壁面附近液体的循环流动。制造更多的汽化核心，加强壁面附近液体的循环流动。换热系数按经验公式计算，请参阅书上推荐的公式。如米换热系数按经验公式计算，请参阅书上推荐的公式。如米海耶夫公式：海耶夫公式：或代入牛顿公式后化为或代入牛顿公式后
14、化为热管定义：由管壳和工作液组成的一个封闭系统。热管定义：由管壳和工作液组成的一个封闭系统。加热与蒸发段传输段冷凝与散热段热管特点：热管特点：1.靠流动蒸汽的潜热传递热量，故传热能力大，若把它当作靠流动蒸汽的潜热传递热量，故传热能力大，若把它当作导热元件看待，它的导热能力可超过同样形状和大小的铜、导热元件看待，它的导热能力可超过同样形状和大小的铜、银品的导热能力几倍到几千倍；银品的导热能力几倍到几千倍；2.由于沸腾和凝结是在同一根管内，两者间几乎没有压力差，由于沸腾和凝结是在同一根管内，两者间几乎没有压力差，故加热区和散热区的温度接近相等，整个热管趋于等温，故加热区和散热区的温度接近相等，整个热管趋于等温，减少了传热时的温差损失；减少了传热时的温差损失；3.采用不同的工作液，可使热管适应由采用不同的工作液，可使热管适应由-200 到到2200的温度的温度范围内工作；范围内工作；4.在热量传递中，具有变换热流通量的性能，即加热区和散在热量传递中，具有变换热流通量的性能，即加热区和散热区热管表面的热流量可以不同；热区热管表面的热流量可以不同；结构简单，无运动部件，工作可靠，可根据使用对象做成结构简单，无运动部件，工作可靠，可根据使用对象做成直管、弯管、圆筒等等。直管、弯管、圆筒等等。
