第7章-凝結(jié)與沸騰換熱

1、第七章第七章 凝結(jié)與沸騰換熱凝結(jié)與沸騰換熱Condensation and BoilingCondensation and Boiling2主要內(nèi)容主要內(nèi)容核心知識點33 3）相變換熱的相變換熱的特點特點：由于有：由于有潛熱釋放潛熱釋放、相變過程相變過程的的 復(fù)雜性，比單相對流換熱更復(fù)雜，因此，目前，工程上復(fù)雜性，比單相對流換熱更復(fù)雜，因此，目前，工程上 只能借助于經(jīng)驗公式和實驗關(guān)聯(lián)式；換熱強度大大增加只能借助于經(jīng)驗公式和實驗關(guān)聯(lián)式；換熱強度大大增加 （膜狀（膜狀h h=600060000=600060000，珠狀，珠狀h h=400004=40000410105 5）。）。1 1）凝結(jié)）凝結(jié)

2、：氣態(tài)工質(zhì)在：氣態(tài)工質(zhì)在飽和溫度飽和溫度t ts s下，由氣態(tài)下，由氣態(tài)液態(tài)的液態(tài)的 過程，過程， 又稱為又稱為冷凝冷凝。2 2）沸騰）沸騰：液態(tài)工質(zhì)在：液態(tài)工質(zhì)在飽和溫度飽和溫度t ts s下，以產(chǎn)生氣泡的形式下，以產(chǎn)生氣泡的形式 由液相由液相氣態(tài)的過程。氣態(tài)的過程。saturationsaturation（上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)20012001年考研題年考研題）試比較自認對流傳熱、）試比較自認對流傳熱、強制對流傳熱及沸騰傳熱三種傳熱系數(shù)的大小。（僅給強制對流傳熱及沸騰傳熱三種傳熱系數(shù)的大小。（僅給出大小關(guān)系）出大小關(guān)系）47-1 7-1 凝結(jié)換熱凝結(jié)換熱 本節(jié)本節(jié)關(guān)鍵點關(guān)鍵點 ( (需重

3、點掌握的內(nèi)容需重點掌握的內(nèi)容) )凝結(jié)可以不同的形式發(fā)生：膜狀凝結(jié)、珠狀凝結(jié)凝結(jié)可以不同的形式發(fā)生：膜狀凝結(jié)、珠狀凝結(jié)會分析會分析豎壁豎壁、橫管橫管的換熱過程，及的換熱過程，及NusseltNusselt膜狀凝結(jié)理論膜狀凝結(jié)理論層流、紊流膜狀凝結(jié)換熱的實驗關(guān)聯(lián)式層流、紊流膜狀凝結(jié)換熱的實驗關(guān)聯(lián)式影響膜狀凝結(jié)換熱的因素影響膜狀凝結(jié)換熱的因素 凝結(jié)換熱實例凝結(jié)換熱實例 結(jié)露結(jié)露 開水壺蓋開水壺蓋內(nèi)內(nèi)表面的液膜表面的液膜 寒冷冬天，窗戶寒冷冬天，窗戶 表面上的表面上的冰花冰花一、概述一、概述 當(dāng)壁溫當(dāng)壁溫t tww t ts s 蒸氣的蒸氣的飽和溫度飽和溫度時，蒸氣在壁面上發(fā)生冷凝過程時，蒸氣在壁面

4、上發(fā)生冷凝過程內(nèi)內(nèi)l 許多其他工業(yè)應(yīng)用過程許多其他工業(yè)應(yīng)用過程 ( (制冷系統(tǒng)四大件之一制冷系統(tǒng)四大件之一冷凝器冷凝器) )condensercondenser結(jié)露結(jié)露結(jié)霜結(jié)霜6 凝結(jié)換熱中的重要參數(shù)凝結(jié)換熱中的重要參數(shù) 蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差（蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差（t ts s - - t tww） 汽化潛熱汽化潛熱 r r（干飽和蒸氣焓（干飽和蒸氣焓HH” ” - -飽和液體焓飽和液體焓HH ） 特征尺度（寸）特征尺度（寸） 其他標(biāo)準(zhǔn)的熱物理性質(zhì)，如其他標(biāo)準(zhǔn)的熱物理性質(zhì)，如 、 、C Cp p等等7 膜狀膜狀凝結(jié)凝結(jié) filmfilm當(dāng)凝結(jié)液體能很好地浸潤壁面時，沿整個壁當(dāng)凝

5、結(jié)液體能很好地浸潤壁面時，沿整個壁面形成面形成一層薄膜一層薄膜，并且在重力作用下流動，并且在重力作用下流動，凝結(jié)放出的凝結(jié)放出的凝結(jié)潛熱凝結(jié)潛熱（= =汽化潛熱汽化潛熱）必須通）必須通過液膜才能傳至冷卻壁面，因此，液膜厚度過液膜才能傳至冷卻壁面，因此，液膜厚度 直接影響了熱量傳遞。直接影響了熱量傳遞。珠狀珠狀凝結(jié)凝結(jié) dropwisedropwise 當(dāng)凝結(jié)液體不能很好地浸潤壁面時，則在壁面上形當(dāng)凝結(jié)液體不能很好地浸潤壁面時，則在壁面上形成許多個大小不一的成許多個大小不一的小液珠小液珠，此時壁面的部分表面，此時壁面的部分表面與蒸氣直接接觸，因此，換熱速率膜狀凝結(jié)與蒸氣直接接觸，因此，換熱速率膜

6、狀凝結(jié)（大（大幾倍幾倍，甚至一個數(shù)量級，甚至一個數(shù)量級（1010倍左右倍左右）gswttgswtt（上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)20012001年考研題年考研題）試說明珠狀凝結(jié)比膜）試說明珠狀凝結(jié)比膜狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)高的原因。狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)高的原因。AnAn：珠狀凝結(jié)比膜狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)高，這是因為對：珠狀凝結(jié)比膜狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)高，這是因為對于珠狀凝結(jié)，蒸汽與壁面直接接觸。而對于膜狀凝結(jié)，于珠狀凝結(jié)，蒸汽與壁面直接接觸。而對于膜狀凝結(jié)，蒸汽需要經(jīng)過液膜與壁面?zhèn)鳠?，所以珠狀凝結(jié)比膜狀凝蒸汽需要經(jīng)過液膜與壁面?zhèn)鳠幔灾闋钅Y(jié)比膜狀凝結(jié)的換熱系數(shù)高。結(jié)的換熱系數(shù)高。（浙江大學(xué)浙江大學(xué)2006200

7、6年考研題年考研題）凝結(jié)傳熱的兩種形式是）凝結(jié)傳熱的兩種形式是 和和 。 （上海九校聯(lián)考上海九校聯(lián)考20022002年考研題年考研題）蒸汽與溫度低于飽和）蒸汽與溫度低于飽和溫度的壁面接觸時，有哪兩種不同的凝結(jié)形式？產(chǎn)生不溫度的壁面接觸時，有哪兩種不同的凝結(jié)形式？產(chǎn)生不同凝結(jié)形式的原因是什么？同凝結(jié)形式的原因是什么？8雖然珠狀凝結(jié)換熱雖然珠狀凝結(jié)換熱膜狀凝結(jié)，但可惜的是，珠狀凝結(jié)很難膜狀凝結(jié)，但可惜的是，珠狀凝結(jié)很難保持。故，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大多屬于膜狀凝結(jié)，保持。故，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大多屬于膜狀凝結(jié)，故，教材中只簡單介紹故，教材中只簡單介紹膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)。二、膜狀凝結(jié)換熱

8、二、膜狀凝結(jié)換熱19161916年，德國物理學(xué)家威廉年，德國物理學(xué)家威廉- -努塞爾努塞爾 Wilhelm Wilhelm NusseltNusselt提出提出的的簡單膜狀凝結(jié)換熱分析簡單膜狀凝結(jié)換熱分析是近代膜狀凝結(jié)理論和傳熱分析的基是近代膜狀凝結(jié)理論和傳熱分析的基礎(chǔ)。自礎(chǔ)。自19161916年以來，各種修正或發(fā)展都是針對年以來，各種修正或發(fā)展都是針對NusseltNusselt分析分析的限制性假設(shè)而進行的，并形成了各種實用的計算方法。的限制性假設(shè)而進行的，并形成了各種實用的計算方法。故，首先需了解故，首先需了解NusseltNusselt對對純凈純凈 飽和蒸汽飽和蒸汽 膜狀凝結(jié)換熱的分膜狀

9、凝結(jié)換熱的分析析( (以豎壁為例以豎壁為例) )。91 1）層流，常物性；）層流，常物性；2 2）液膜表面溫度）液膜表面溫度= =飽和溫度，即氣液界面上無溫差，無輻射、對流換熱；飽和溫度，即氣液界面上無溫差，無輻射、對流換熱；3 3）蒸氣靜止，蒸氣對液膜表面無粘滯力作用；）蒸氣靜止，蒸氣對液膜表面無粘滯力作用；4 4）液膜的慣性力忽略；）液膜的慣性力忽略；5 5）凝結(jié)液以導(dǎo)熱方式通過液膜，液膜薄，膜內(nèi)溫度視為線性分布，即凝結(jié)液以導(dǎo)熱方式通過液膜，液膜薄，膜內(nèi)溫度視為線性分布，即y y方向方向 熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱；熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱；6 6）液膜的過冷度忽略（取凝液的焓為飽和液體的焓）；）液膜的過冷

10、度忽略（取凝液的焓為飽和液體的焓）；7 7）忽略蒸汽密度；）忽略蒸汽密度； 8 8）液膜表面平整無波動。）液膜表面平整無波動。()0yuy1. 1. NusseltNusselt假定假定：10在液膜中取微小單元，垂直于紙面方在液膜中取微小單元，垂直于紙面方向為單位長度：向為單位長度：下腳標(biāo)下腳標(biāo) l 表示液相表示液相x. . 分析求解分析求解單元左表面向上粘滯力：單元左表面向上粘滯力：單元右表面向下單元右表面向下粘滯粘滯力：力：單元所受重力單元所受重力: :單元所受浮力：單元所受浮力：xdxxx(dy )dxy1lgdxdy1vgdxdy由假設(shè)由假設(shè)4 4）忽略液膜的慣性力，）忽略液膜的慣性力

11、，單元各力平衡單元各力平衡：0 xxxlvdx(dy )dxgdxdygdxdyy第七章 凝結(jié)與沸騰換熱11假設(shè)假設(shè)5 5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱假設(shè)假設(shè)7 7）忽略蒸汽密度：）忽略蒸汽密度：,lvlvlggggg220ttcyy0 xlvd y d x() g d x d yy層流時，牛頓切應(yīng)力：層流時，牛頓切應(yīng)力：xuy220lugy單元受力平衡方程：單元受力平衡方程：d0 0, 0duyuyy時 ，時 ，邊界條件：邊界條件：單元受力方程化簡：單元受力方程化簡：21()(3)2lguyy 求解上面動量方程可得：求解上面動量方程可得：（2

12、2）P P18818812在壁面沿水平方向取在壁面沿水平方向取1m1m的寬度，在的寬度，在x x處處厚度為厚度為 的液膜斷面流過的液體流量的液膜斷面流過的液體流量MM , ,可由速度積分得出：可由速度積分得出：22333002111)()(/ )1(2263 lllllggdydykyyMggsu在沿壁面向下在沿壁面向下d xd x，液體流量相應(yīng)有一個增量，液體流量相應(yīng)有一個增量dMdM：求解上面能量方程可得：求解上面能量方程可得：()wswytttt （5）0 wsyttytt時，時，邊界條件：邊界條件：23223ldggddM速度速度u u、溫度、溫度t t的計算都用到的計算都用到 ，怎么

13、求？，怎么求？13對位于對位于x x和和x+dxx+dx兩面之間的兩面之間的液膜段列熱量平衡方程：液膜段列熱量平衡方程：wH dMMHtdM() dxH ( Mdx )ydx上式化簡上式化簡wtdM( HH )() dxy141 4sw24ttxg/()(1) (1) 液膜厚度液膜厚度定性溫度：定性溫度：2wsmttt注意：注意：r r 按按 t ts s 確定確定wtdM( HH )() dx,HHy 汽化潛熱2222ddxswwswswttgytdMd ,tt(tt ),yttg另外：且：上式整理（分離變量，并積分）上式整理（分離變量，并積分）3200ddxxswttg液膜厚度的常微分方程

14、液膜厚度的常微分方程（8 8）15(2) (2) 局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)微元段內(nèi)凝結(jié)換熱量微元段內(nèi)凝結(jié)換熱量等于等于膜層的導(dǎo)熱量膜層的導(dǎo)熱量1423swllxswttght4x tt /() /()sw( tttC )(3) (3) 整個整個豎壁豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/.()()1423lllx0swg1hh d x0 9 4 37ttl1l定性溫度：定性溫度：2wsmttt注意：注意：r r 按按 t ts s 確定確定xswh ( tt)dxswttdxxh將液膜厚度將液膜厚度 帶入上式，得：帶入上式，得：n(4)(4) 修正：修正：實驗表明，由于液膜表面波動，

15、凝結(jié)換熱得實驗表明，由于液膜表面波動，凝結(jié)換熱得到強化，因此，到強化，因此，實驗值實驗值比上述的比上述的理論值理論值高高2020左右左右 1/423llVswgrh1.13l(tt )修正后：修正后：(5) (5) 傾斜壁：傾斜壁：則用則用 gsingsin 代替以上各式中的代替以上各式中的 g g 即可。即可。(6) (6) 水平圓管水平圓管1/ 423Hswgrh0.725d(tt )1/ 423Sswgrh0.826d(tt ) 式中：下標(biāo)式中：下標(biāo)“ “ H H ” ”表示水平管，表示水平管，“ “ S S ” ”表示球表示球; ; d d 為水為水 平管或球的平管或球的外直徑外直徑。

16、 定性溫度與前面公式相同定性溫度與前面公式相同VerticalHorizontalSpherical17橫管與豎管的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比：橫管與豎管的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比：4177.0dlhhVgHg3. 3. 層流膜狀凝結(jié)準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式層流膜狀凝結(jié)準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式20Re Rec1600無波動層流無波動層流有波動層流有波動層流紊流紊流1 1） 凝結(jié)液膜雷諾數(shù)凝結(jié)液膜雷諾數(shù)ReRe 凝結(jié)液體流動也分層流和紊流，凝結(jié)液體流動也分層流和紊流，其判斷依據(jù)仍為其判斷依據(jù)仍為ReRe：meu dRe式中：式中：u um x x 處液膜層的平均流速；處液膜層的平均流速； d de e 該截面處液膜層的當(dāng)量直徑。該截

17、面處液膜層的當(dāng)量直徑。思考：冰箱中的飲料應(yīng)該如何放？思考：冰箱中的飲料應(yīng)該如何放？雷諾數(shù)的臨界值雷諾數(shù)的臨界值: : 液膜為層流時液膜為層流時, , ReRec c1m寬度上，橫斷面的凝液量：寬度上，橫斷面的凝液量：M= 1 umed4 f / U4b/ b4mcu 44MReswh(tt )1lrMswc4hl( tt)Rer橫管一般都處于層流狀態(tài)橫管一般都處于層流狀態(tài)如圖如圖對水平管，用對水平管，用dd 代替代替 l 即可。即可。192 2） 凝結(jié)準(zhǔn)則凝結(jié)準(zhǔn)則Co:Co:321/3u2 agCohN G凝結(jié)準(zhǔn)則凝結(jié)準(zhǔn)則C Co o是無因次數(shù)群，反映了換熱的強弱。是

18、無因次數(shù)群，反映了換熱的強弱。A A、垂直壁、管徑、垂直壁、管徑d d 的豎圓管的豎圓管: Co =1.47Re: Co =1.47Rec c-1/3-1/3C1C1、凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù): :321 41 13 /lwgrh.L( tt)C2C2、垂直壁、管徑垂直壁、管徑dd 的豎圓管的準(zhǔn)則方程修正后的豎圓管的準(zhǔn)則方程修正后: : Co =1.76ReCo =1.76Rec c-1/3 -1/3 （3030R Recec18001800）1 231 085 2C.CRe.Re.0豎直圓管也有另一由實驗得出的準(zhǔn)則式CB B、水平圓管水平圓管 Co =1.51ReCo =1.

19、51Rec c-1/3-1/3D D、下式也可用來計算垂直壁、管徑下式也可用來計算垂直壁、管徑dd 的豎圓管的豎圓管（KutateladzeKutateladze: : 204. 4. 紊流膜狀凝結(jié)紊流膜狀凝結(jié)液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯呐R界雷諾數(shù)可定為液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯呐R界雷諾數(shù)可定為18001800。橫管因。橫管因直徑較小，實踐上均在層流范圍。直徑較小，實踐上均在層流范圍。對紊流液膜，除了靠近壁面的層流底層仍依靠導(dǎo)熱來傳遞對紊流液膜，除了靠近壁面的層流底層仍依靠導(dǎo)熱來傳遞熱量外，層流底層之外以紊流傳遞為主，換熱大為增強熱量外，層流底層之外以紊流傳遞為主，換熱大為增強利用上面思想，整理的整個壁

20、面內(nèi)平均表面?zhèn)鳠崂蒙厦嫠枷耄淼恼麄€壁面內(nèi)平均表面?zhèn)鳠釋嶒炾P(guān)聯(lián)式實驗關(guān)聯(lián)式：c0.50.75scReCo875058 Pr(Re253 )式中：式中： 定性溫度均為定性溫度均為 st21對對豎壁的紊流凝結(jié)換熱豎壁的紊流凝結(jié)換熱，其沿整個壁面的，其沿整個壁面的平均表面?zhèn)鳠崞骄砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)系數(shù)計算式為：計算式為：ccltxxhhhll1式中：式中：h hl l 層流段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；層流段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)； h ht t 紊流段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；紊流段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)； x xc c 層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r臨界高度；層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r臨界高度； l 豎壁的總高度。豎壁的總高度。 說明：說明：

21、凝結(jié)換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式是凝結(jié)換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式是表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h h的的隱函數(shù)，隱函數(shù)， 計算時均采用計算時均采用試算試算的方法的方法2231 4vswgr350000555d tt vRe()/( -),h= .管內(nèi)蒸汽雷諾數(shù)管內(nèi)蒸汽雷諾數(shù): :G G v v質(zhì)量平均流速，質(zhì)量平均流速， kg/mkg/m2 2ss v vt t s s下蒸汽密度，下蒸汽密度，kg / mkg / m3 3 、 、 按定性溫度按定性溫度t tmm= =（t t s s + t + t ww）/2/2查的凝液物性查的凝液物性 修正后汽化潛熱。修正后汽化潛熱。5. 5. 水平管內(nèi)凝結(jié)換熱水平管內(nèi)凝結(jié)換熱vm,v

22、vvvvudG dRe38pswrrc (tt )6. 6. 水平管束管外凝結(jié)平均換熱系數(shù)水平管束管外凝結(jié)平均換熱系數(shù)/llHlswgrh.nd(tt )1 4230 72524三、影響膜狀凝結(jié)的因素及增強換熱的措施三、影響膜狀凝結(jié)的因素及增強換熱的措施(2) (2) 不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體空氣、氫、氮、潤滑油蒸氣等空氣、氫、氮、潤滑油蒸氣等 不凝結(jié)氣體聚集在換熱表面增加了傳遞過程的阻力，同不凝結(jié)氣體聚集在換熱表面增加了傳遞過程的阻力，同時使飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動力。不凝性氣體含時使飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動力。不凝性氣體含量到量到1%1%時，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將只達純蒸氣的時，表面?zhèn)鳠嵯?/p>

23、數(shù)將只達純蒸氣的1/31/3。冷凝器中有冷凝器中有抽真空裝置。抽真空裝置。 (1)(1) 蒸氣流速蒸氣流速 流速較高時，蒸氣流對液膜表面產(chǎn)生粘滯應(yīng)力；如果蒸流速較高時，蒸氣流對液膜表面產(chǎn)生粘滯應(yīng)力；如果蒸氣流動與液膜向下的流動同向時，使液膜拉薄，氣流動與液膜向下的流動同向時，使液膜拉薄，h h；反之；反之h h ；反向時，換熱惡化；但如果速度過大時，則不論是向；反向時，換熱惡化；但如果速度過大時，則不論是向上或向上液膜將脫離，均能增強凝結(jié)換熱。上或向上液膜將脫離，均能增強凝結(jié)換熱。 工程實際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過程往往比較復(fù)雜，工程實際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過程往往比較復(fù)雜，受各種因素的影響。受各種

24、因素的影響。1. 1. 五個影響因素五個影響因素（西安交通大學(xué)西安交通大學(xué)20052005年考研題年考研題）一臺氟利昂冷凝器試）一臺氟利昂冷凝器試驗臺，在充灌氟利昂前沒有抽真空，試問這對冷凝器運驗臺，在充灌氟利昂前沒有抽真空，試問這對冷凝器運行的傳熱性能有什么影響？為什么？行的傳熱性能有什么影響？為什么？（重慶大學(xué)重慶大學(xué)20062006年考研題年考研題）蒸汽中含有不凝性氣體將對）蒸汽中含有不凝性氣體將對膜狀凝結(jié)傳熱會產(chǎn)生什么影響？分析產(chǎn)生影響的原因。膜狀凝結(jié)傳熱會產(chǎn)生什么影響？分析產(chǎn)生影響的原因。(3)(3) 表面粗糙度表面粗糙度 雷諾數(shù)較低時，凝液易于積聚在粗糙的壁上，液膜增厚，雷諾數(shù)較低

25、時，凝液易于積聚在粗糙的壁上，液膜增厚，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)低于光滑管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)低于光滑管30%30%；當(dāng)雷諾數(shù)；當(dāng)雷諾數(shù)140140后，表面后，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)又可以高于光滑壁，類似于粗糙壁對單相流體對傳熱系數(shù)又可以高于光滑壁，類似于粗糙壁對單相流體對流換熱的影響。流換熱的影響。(4)(4) 蒸氣含油蒸氣含油 油（潤滑油）可能沉積在壁上形成油垢，增加了熱阻。油（潤滑油）可能沉積在壁上形成油垢，增加了熱阻。(5)(5) 過熱蒸氣過熱蒸氣 計算時，將潛熱改為過熱蒸氣與飽和液體的焓差。計算時，將潛熱改為過熱蒸氣與飽和液體的焓差。26 ( (1) 1) 改變表面幾何特征改變表面幾何特征 強化凝結(jié)換熱的原則是強

26、化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度。的液膜的厚度。( (為什么要為什么要強化換熱強化換熱?)?) 可以開溝槽，可用各可以開溝槽，可用各種帶有尖峰的表面使在其上種帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉?。ū砻鎻埨淠囊耗だ。ū砻鎻埩Γ?，或者使已凝結(jié)的液體力），或者使已凝結(jié)的液體盡快從換熱表面上排泄掉。盡快從換熱表面上排泄掉。 2. 2. 四種增強凝結(jié)換熱的措施四種增強凝結(jié)換熱的措施 (2) (2) 有效地排除不凝性氣體有效地排除不凝性氣體 加裝抽氣裝置加裝抽氣裝置(3) (3) 加速凝液的排除加速凝液的排除 加裝中間導(dǎo)流裝置，使用離加裝中間導(dǎo)流裝置，使用

27、離 心力，低頻振心力，低頻振動，或靜電吸引等方法動，或靜電吸引等方法(4) (4) 珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié) 在凝結(jié)表面涂抹凝液附著力很小的材料（聚四在凝結(jié)表面涂抹凝液附著力很小的材料（聚四氟乙烯）或在蒸氣中加入促進劑（油酸）氟乙烯）或在蒸氣中加入促進劑（油酸）287-2 7-2 沸沸 騰騰 換換 熱熱 蒸汽鍋爐蒸汽鍋爐 做飯（蒸、煮、煎、炸，蒸是老大）做飯（蒸、煮、煎、炸，蒸是老大） 許多其它的工業(yè)過程許多其它的工業(yè)過程1 生活中的例子生活中的例子2定義定義：a 沸騰：沸騰：工質(zhì)與高溫壁面接觸被加熱，溫度達到一定數(shù)值后，工工質(zhì)與高溫壁面接觸被加熱，溫度達到一定數(shù)值后，工質(zhì)內(nèi)部形成大量氣泡并由液態(tài)轉(zhuǎn)換

28、到氣態(tài)的一種劇烈的汽化過程。質(zhì)內(nèi)部形成大量氣泡并由液態(tài)轉(zhuǎn)換到氣態(tài)的一種劇烈的汽化過程。當(dāng)壁溫高于液體的飽和溫度時，則發(fā)生沸騰過程。當(dāng)壁溫高于液體的飽和溫度時，則發(fā)生沸騰過程。 b 沸騰換熱：沸騰換熱：指沸騰過程中，工質(zhì)與壁面熱量交換的過程。指沸騰過程中，工質(zhì)與壁面熱量交換的過程。3 分類分類沸騰的分類很多，書中僅介紹了常見的沸騰的分類很多，書中僅介紹了常見的大空間沸大空間沸騰騰(池沸騰池沸騰)和和有限空間沸騰（受迫對流沸騰）有限空間沸騰（受迫對流沸騰），每種又分為每種又分為過冷沸騰過冷沸騰和和飽和沸騰飽和沸騰。29a 大空間沸騰大空間沸騰(池內(nèi)沸騰池內(nèi)沸騰)：液體靜止地處于大容器中液體靜止地處

29、于大容器中,液體和加熱壁液體和加熱壁 面間進行自然對流換熱達到沸騰。面間進行自然對流換熱達到沸騰。Heated SurfaceLiquidflowBubble flowSlug flowAnnular flowMist flow汽泡向前流動汽泡向前流動復(fù)雜的兩相流復(fù)雜的兩相流b 受迫對流沸騰：受迫對流沸騰受迫對流沸騰：受迫對流沸騰加熱壁面沉浸在具加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體有自由表面的液體中；中；產(chǎn)生汽泡可自產(chǎn)生汽泡可自由浮升穿過自由表由浮升穿過自由表面聚集在液體上方。面聚集在液體上方。加熱表面加熱表面30c 過冷沸騰：過冷沸騰：指液體主流尚未達到飽和溫度，即處于過冷狀指液體主流尚未達到飽

30、和溫度，即處于過冷狀態(tài)，而壁面溫度高于飽和溫度，壁面上開始產(chǎn)生氣泡，稱之為態(tài)，而壁面溫度高于飽和溫度，壁面上開始產(chǎn)生氣泡，稱之為過冷沸騰。過冷沸騰。d 飽和沸騰：飽和沸騰：液體主體溫度達到或超過飽和溫度，而壁面溫液體主體溫度達到或超過飽和溫度，而壁面溫度高于飽和溫度，稱之為飽和沸騰。度高于飽和溫度，稱之為飽和沸騰。我們這里主要討論我們這里主要討論大空間飽和沸騰大空間飽和沸騰第七章 凝結(jié)與沸騰換熱31 1、大空間飽和沸騰過程與沸騰曲線：、大空間飽和沸騰過程與沸騰曲線： 沸騰曲線沸騰曲線表征了大空間飽和沸騰的全部過程，共包括表征了大空間飽和沸騰的全部過程，共包括4個換個換熱規(guī)律不同的階段：熱規(guī)律不

31、同的階段：自然對流、泡（核）態(tài)沸騰、過渡沸騰自然對流、泡（核）態(tài)沸騰、過渡沸騰和和穩(wěn)穩(wěn)定膜態(tài)沸騰定膜態(tài)沸騰，如圖所示：，如圖所示：壁面過熱度壁面過熱度32壁面過熱度壁面過熱度沸騰臨界點33幾點說明：幾點說明：（1）上述熱流密度的峰值）上述熱流密度的峰值qmax 有重大意義，稱為有重大意義，稱為臨界熱流臨界熱流密度，亦稱燒毀點密度，亦稱燒毀點。一般用核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點。一般用核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點DNB作為作為監(jiān)視接近監(jiān)視接近qmax的警戒。這一點對熱流密度可控和溫度的警戒。這一點對熱流密度可控和溫度可控的兩種情況都非常重要?？煽氐膬煞N情況都非常重要。（2）對穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，因為熱量必須穿過的是熱阻較大的）對穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，因為熱量必須穿過的是熱阻較大的汽膜，所以換熱系數(shù)比凝結(jié)小得多。汽膜，所以換熱系數(shù)比凝結(jié)小得多。此時此時t t大，大，h h小。小。342 大空間泡態(tài)沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算大空間泡態(tài)沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算沸騰換熱也是對流換熱的一種，因此，牛頓冷卻公式仍