传热学72.ppt

传热学72.ppt第五、六章我们分析了无相变的对流换热,包括强制对流换热和自然对流换热,下面我们即将遇到的是有相变的对流换热,也称之为相变换热,目前涉及的是凝结换热和沸腾换热两种。
相变换热的特点:由于有潜热释放和相变过程的复杂性,比单相对流换热更复杂,因此,目前工程上也只能借助于经验公式和实验关联式对相变换热问题进行分析。
1
第六章凝结与沸腾换热
§7-1 凝结换热
凝结换热的关键点:
凝结可能以不同的形式发生--膜状凝结和珠状凝结;
冷凝物的形成相当于增加了热量进一步传递的热阻;
层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式;
影响膜状凝结换热的因素?
学会分析竖壁和横管的换热过程及Nusselt膜状凝结理论。
一、凝结换热概念与实例:
(1)概念: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。
(2)实例: 锅炉中的水冷壁上水蒸气的凝结;
寒冷冬天窗户上的冰花的形成;
2
第六章凝结与沸腾换热
(4)凝结换热中的重要参数:
蒸汽的饱和温度与壁面温度之差(ts - tw)
汽化潜热 r
特征尺度
其他标准的热物理性质,如动力粘度、导热系数、比热容等
(3)凝结换热的实质: 蒸汽与低于其饱和温度的壁面相接触时,将气化潜热 r 释放给固体壁面的过程,因此,产生凝结换热的条件是固体壁面温度tw必须低于蒸汽的饱和温度ts,即tw<ts。显然,ts-tw是凝结换热的驱动力。
3
第六章凝结与沸腾换热
二、凝结过程:根据凝结液与壁面浸润情况的不同,把凝结换热分为膜状凝结和珠状凝结
膜状凝结:
沿整个壁面形成一层薄膜,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,液膜厚度直接影响了热量传递。
珠状凝结:
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,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(可能大几倍,甚至一个数量级)
g
g
4
第六章凝结与沸腾换热
虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结,但可惜的是,珠状凝结很难保持,因此,大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结,因此本章重点研究膜状凝结。
三、竖壁纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热的分析
1916年,Nusselt提出的简单膜状凝结换热分析是近代膜状凝结理论和传热分析的基础。自1916年以来,各种修正或发展都是针对Nusselt分析的限制性假设而进行的,并形成了各种实用的计算方法。
假定:1)流态为层流、常物性;2)蒸气静止; 3)液膜的惯性力忽略;4)气液界面上无温差,即液膜温度等于饱和温度;5)膜内温度线性分布,即热量转移只有导热;6)液膜的过冷度忽略; 7)忽略蒸汽密度;8)液膜表面平整无波动.
5
第六章凝结与沸腾换热
g
t(y)
u(y)
Thermal boundary layers
Velocity boundary layers
微元控制体
液膜边界层微分方程组:
下脚标 l 表示液相
x
6
第六章凝结与沸腾换热
考虑假设(3)液膜的惯性力忽略


考虑假设(5)膜内温度线性分布,即热量转移只有导热而没有热对流

考虑假设(7)
忽略蒸汽密度

只有u 和 t 两个未知量,于是,上面得方程组化简为:
把动量方程应用于蒸汽后,
并且根据边界条件可以得到

7
第六章凝结与沸腾换热
边界条件:
求解上面方程可得:
(1) 液膜厚度
定性温度:
注意:r 按 ts 确定而ts又是根据蒸汽的绝对压力来确定的。
考虑到液膜内只有导热,则对微元段dx来说,有
且
8
第六章凝结与沸腾换热
(2) 局部对流换热系数:
整个竖壁的平均表面传热系数:
(3) 修正:实验表明,由于液膜表面波动,凝结换热得到强
化,因此,实验值比上述理论值高20%左右
修正后:
定性温度:
注意:r 按 ts 确定
9
第六章凝结与沸腾换热
对于倾斜壁,则用 gsin代替以上各式中的 g 即可,其中
为竖直壁面于水平面的夹角。
(4) 水平圆管的层流膜状凝结换热:
努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结,横管(水平管)一般都处于层流状态。
式中:下标“ H ”表示水平管,“ S ”表示球; d 为水
平管或球的直径。其中的定性温度与前面的公式相同。
10
第六章凝结与沸腾换热