1、1第第 六六 章章凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热Condensation And Boiling Heat Transfer26-1 -1 凝结换热现象凝结换热现象一、凝结换热凝结换热 蒸汽在凝结过程中与固体壁面发生的换热。各种液体二、凝结换热的分类二、凝结换热的分类 1.膜状凝结膜状凝结(filmwise condensation):在壁面形成完整的液膜的凝结。2.珠状凝结珠状凝结(dropwise condensation)：凝结液以液珠的形式向下滚落时形成的对流换热。3 是否形成膜状凝结主要取决于凝结液的润湿能力，而润湿能力又取决于表面张力。表面张力小的润湿能力强。实践表明，几乎所有的常用
2、蒸气在纯净条件下在常用工程材料洁净表面上都能得到膜状凝结。6 3.数学描述：取如右图所示的坐标系，因为液膜具有边界层的特性，故满足边界层微分方程组，但要加上重力项。0yvxu22ytaytvxtul22yugdxdpyuvxuulll0ypBernoulli方程 边界层外0 xgpvgdxdpv0)(22yuglvl022ytswttdyduyttuy,0,0,074.求解1)(cygdydulvl2122)(cycygulvl00,02cuy0)(1cgdydulvl)21(2)(2yygulvl1cyt21cyctwwtctty2,0wsstcttty1,wsttc1)(wswttytt8
3、？x 处的质量流量dyyygudydMMlvlll200021)(lvlllvllgyyg3)(6121)(3032X+dx 处质量流量的增加lvlldgdM)(2对微元体应用热力学第一定律xdrdMdxttdgrwsllvll)(2xvllwslldxrgttd003)()(即分离变量积分95.局部表面传热系数 Newton cooling Law（忽略过冷度）竖壁的平均表面传热系数：得xrgttvllwsll)()(413液膜厚度41)()(4vllwsllrgxtt41341)(4)()(4)(xttrgxttrghwslvlllwsllvlllxdxttdxtthdwslwsxx)(?
4、/lxh 4130)()(943.0341wslvlllLLxvttLrghdxhLh10倾斜壁22sinyugdxdpyuvxuulll4123)(sin943.0wslllttLrgh水平管 Nusselt 采用图解积分得4123)(729.0wslllHttdrgh4/1/77.0dLhhVHVHhhdL,85.2/时当球表面4123)(826.0wslllSttdrgh116.几点说明l 定性温度，除r 用 ts 外其余皆为(tw+ts)/2l 公式使用范围，层流 Re1600Reynolds NumberLeudRe 当量直径444WWUfdeMuReL44rMLtthws)(rtt
5、hLRews)(4横管：用d 代替 L127.准则关系4/132)(13.1wslllttLrghLNu4/123)(13.1lplwspcttcrgL4113.1PrJaGa粘性力惯性力粘性力重力uLLuuLgLgLGa22323Galileo NumberJacob Number显热潜热)(wspttcrJa3/1323/1323/1ghgLhLGaNuCo3/1323/1323/43/1323/4)(434hgttLgrhghws3/13/147.1)(447.1RetthLrwsCondensation Number3/151.1ReCo横管13惯性力项及液膜过冷度的影响均可略而不计。
6、实验表明，液膜由层流转变为湍流的临界雷诺数为 1600。1)(wspttcrJa对于Pr数接近于1或大于1的流体，只要4/123)(13.12.1wslllttLrghh8.理论公式的修正横管吻合很好。竖壁，Re20时，实验值高20%14二、湍流膜状凝结换热：对于Re 1600 的湍流液膜，热量的传递除了靠近壁面极薄的层流底层仍依靠导热方式外，层流底层以外以湍流传递为主，换热比层流时大为增强。对于底部已达到湍流状态的竖壁凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数按下式计算：LxhLxhhctcla19200)253(584/34/12/131Re/PrPrPrReGaNusw除Prw 的定性温度
7、用 tw 外，其余均用ts，物性为凝结液的 15 例题例题 6-1 压力为1.013103Pa 的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为30cm30cm，壁温保持98。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。解解：先假设液膜为层流。根据 ts=100，查得r=2257kJ/kg。其他物性按液膜平均温度 tm=(100+98)/2=99 查取，得：=958.4kg/m3,=2.825 10-4kg/(m.s),=0.68W/(m.K)则有：4/123)(13.1wslllttLrgh4/14323)98100(3.010825.268.04.9851022578.913.1K)W/(m1057.12416核
8、算Re准则：说明原来假设液膜为层流成立。换热量可按牛顿冷却公式计算：凝结蒸汽量为：rtthLRews)(41.5910825.2102257)98100(3.01057.14464ReW1083.223.01057.1)(324wstthAkg/h5.41025.11022571083.2333mrq17 6-3 影响膜状凝结因素的讨论影响膜状凝结因素的讨论1.不凝结气体：由于不凝结气体形成气膜，故：1).蒸气要扩散过气膜，形成阻力；2).气膜导致蒸气分压力降低，从而使 ts 降低：=严重性：1%的不凝结气体能使 h降低 60%=凝汽器4/123)(13.1wslllttLrgh4/34/12
9、3)(13.1)(wslllwsttLrgtthq qts182.蒸气流速：前面的理论分析忽略了蒸气流速的影响。=u 向上 液膜增厚 h ；u 液膜破裂 h=u 向下 液膜减薄 h ；u 液膜破裂 h 3.过热蒸气：实验证实 h-h 代替 r 即可4.液膜过冷度及温度分布的非线形：只要用r 代替计算公式中的 r，即可：)(68.0wspttcrr195.管子排数n排 特征长度 d nd 由于凝结液落下时要产生飞溅以及对液膜的冲击扰动，会使 h 增大。6.管内冷凝207.凝结表面情况 凝结换热的放热系数一般比较大，故在常规冷凝器中其热阻不占主导地位。但实际运行中凝汽器的泄漏是不可避免的，空气的漏入使冷凝器平均表面传热系数明显下降。实践表明，采用强化措施可以收到实际效益。某些制冷剂的冷凝器中，强化有更大现实意义。强化的原则：尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度。实现的方法：=尖锋的表面=使凝结液尽快从换热表面上排泄掉 如低肋管、纵向沟槽等=表面改性，使膜状凝结变为珠状凝结 表面涂层（油脂、纳米技术）、离子注入21
