传热学-第七章.ppt

膜状凝结
珠状凝结
g
g
§7-1 凝结换热
1凝结形式
（1）定义：蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给固体壁面，并在壁面上形成凝结液的过程，称凝结换热现象。
（2）视凝结液体依附壁面的不同．可分为膜状凝结和珠状凝结两种 。
第一页，共23页。
膜状凝结
（1）定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式，称膜状凝结。
（2）特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷却壁面上，此时液膜成为主要的换热热阻.
如果冷凝壁面是水平放置，那么随着凝结过程的进行液膜厚度会逐步增加，热阻也就越来越大；
如果冷凝壁面是竖直安放，那么液膜会在重力作用下向下流动，形成一个流动的液膜层，随着沿途蒸汽的不断凝结液膜也会逐步增厚，变成一个类似于流体边界层的流动换热的模式。显然，竖直壁面上部的换热性能要好于竖直壁面的下部。
第二页，共23页。
珠状凝结
（1）定义：凝结液体不能很好地湿润壁面，凝结液体在壁面上形成一个个小液珠的凝结形式，称珠状凝结。
（2）特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。
当凝结液不能润湿壁面时，凝结液在壁面许多点上以—颗颗小液珠的形式依附于壁面，在重力的作用下，液珠滚下并与相通的液珠汇合成较大的液滴，在向下滚动的同时．扫清了沿途的液珠，让出无液珠的壁面供继续凝结．凝结过程主要是直接在冷壁面上进行的，没有凝结液膜引起的附加热阻，因此有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍以上。
虽然如此，但到目前为止．在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究中。
如果冷凝壁面水平放置，壁面迟早会被冷凝液覆盖；如果冷凝壁面是竖直安放，液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动，使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接接触，保持良好的热交换性能。
在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。
第三页，共23页。
2 膜状液膜的流态
无波动层流
有波动层流
湍流
凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据仍然是Re，
式中：
ul 为 x = l 处液膜层的平均流速；
de 为该截面处液膜层的当量直径。
μ
第四页，共23页。
如图，
由热平衡，
所以
根据膜层雷诺数的大小，其流动状态分：
层流 Re <1800
湍流 Re ≥1800
蒸汽凝结量
μ
μ
对流换热量
μ
第五页，共23页。
3 层流膜状凝结的分析求解
在下面假设的基础上，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。
假定：1）纯蒸汽、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
第六页，共23页。
g
t(y)
u(y)
Thermal boundary layers
Velocity boundary layers
微元控制体
边界层微分方程组：
下脚标 l 表示液相
x
第七页，共23页。
1）液膜的惯性力忽略 
3）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热 
2）忽略蒸
汽密度

只有u 和 t 两个未知量，于是，上面方程组化简为：
根据假设条件
边界条件：
为液膜在x方向的压力梯度，可按y=δ处液膜表面蒸汽压力梯度计算。
第八页，共23页。
求解上面方程可得：
(1) 液膜厚度
定性温度：
(2) 局部对流换热系数
整个竖壁的平均表面传热系数
注意：r 按 ts 确定
(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：
第九页，共23页。
4 紊流膜状凝结换热
对紊流液膜，除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递热量外，层流底层之外以紊流传递为主，换热大为增强
对竖壁的紊流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数计算式为：
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数；
xc 为层流转变为湍流时转折点的高度
l 为竖壁的总高度
竖壁紊流膜段的平均表面传热系数
第十页，共23页。