第四章傳熱2

1、 對流傳熱分類對流傳熱分類1 1流體無相變化的對流傳熱流體無相變化的對流傳熱 流體在傳熱過程中不發(fā)生相變化。流體在傳熱過程中不發(fā)生相變化。 強(qiáng)制對流傳熱，流體因外力作用而引起的流動；強(qiáng)制對流傳熱，流體因外力作用而引起的流動； 自然對流傳熱，因溫度差而產(chǎn)生流體內(nèi)部密度差引起的流體對流流動。自然對流傳熱，因溫度差而產(chǎn)生流體內(nèi)部密度差引起的流體對流流動。2 2流體有相變化的對流傳熱流體有相變化的對流傳熱 流體在傳熱過程中發(fā)生相變化。流體在傳熱過程中發(fā)生相變化。 蒸氣冷凝，氣體在傳熱過程中全部或部分冷凝為液體；蒸氣冷凝，氣體在傳熱過程中全部或部分冷凝為液體； 液體沸騰，液體在傳熱過程中沸騰汽化，部分液

2、體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w液體沸騰，液體在傳熱過程中沸騰汽化，部分液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w。第三節(jié) 對流傳熱 對流是三種基本傳熱方式之一，指對流是三種基本傳熱方式之一，指由于流體的宏觀運(yùn)動而引起的熱量傳遞，由于流體的宏觀運(yùn)動而引起的熱量傳遞，因此，對流傳熱只發(fā)生在流體中。因此，對流傳熱只發(fā)生在流體中。工程定義工程定義流體與固體壁面之間的傳熱過程流體與固體壁面之間的傳熱過程第三節(jié) 對流傳熱二、對流傳熱速率方程式二、對流傳熱速率方程式ATTTAQttw/簡化假定：全部阻力都集中在厚度為簡化假定：全部阻力都集中在厚度為t t 的有效膜內(nèi)。膜內(nèi)導(dǎo)熱傳熱。的有效膜內(nèi)。膜內(nèi)導(dǎo)熱傳熱。令：令：t 當(dāng)量膜當(dāng)量膜tAtttAQttW/

3、)(wTTAQ)(ttAQW則：則：牛頓冷卻定律牛頓冷卻定律第三節(jié) 對流傳熱 對流傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)，對流傳熱系數(shù)、給熱系數(shù)，W/(mW/(m2 2K K）ttAQw流體被加熱：流體被加熱：流體被冷卻：流體被冷卻：wTTAQ說明說明定律本身未揭示過程實(shí)質(zhì)，只是將眾多因素歸結(jié)到對流傳熱系數(shù)定律本身未揭示過程實(shí)質(zhì)，只是將眾多因素歸結(jié)到對流傳熱系數(shù)中中第三節(jié) 對流傳熱三、影響三、影響的主要因素的主要因素1.1.流體的狀態(tài)：流體的狀態(tài)：影響影響 較大的物性有：較大的物性有： ， ， ，c cp p 3.3.流體的流動狀態(tài)流體的流動狀態(tài)層湍無無相相變變相相變變 雷諾數(shù)雷諾數(shù)R Re et t熱阻熱阻R

4、R ，t 2.2.流體的物理性質(zhì)：流體的物理性質(zhì)：氣、液氣、液第三節(jié) 對流傳熱自強(qiáng)4.4.引起流動的原因：引起流動的原因： 5.5.傳熱面的形狀、大小和位置傳熱面的形狀、大小和位置: : 不同的壁面形狀、尺寸及與流體的相對位置影響流動形態(tài)不同的壁面形狀、尺寸及與流體的相對位置影響流動形態(tài)從而影響從而影響的大小。的大小。 空氣自然對流，空氣自然對流，5-25 W/(m5-25 W/(m2 2.) .) ，水蒸汽冷凝，水蒸汽冷凝,5000-15000 ,5000-15000 W/(mW/(m2 2.).) 空氣強(qiáng)制對流，空氣強(qiáng)制對流，20-100 W/(m20-100 W/(m2 2.) .) ，

5、水沸騰，水沸騰,2500-25000 W/(m,2500-25000 W/(m2 2.).) 對不同物系，不同流動狀態(tài)時(shí)對不同物系，不同流動狀態(tài)時(shí), ,有一個(gè)大致范圍。空氣自然對流時(shí)是幾有一個(gè)大致范圍?？諝庾匀粚α鲿r(shí)是幾十個(gè)十個(gè)SISI單位?？諝鈴?qiáng)制對流時(shí)是幾百。水蒸汽冷凝時(shí)是幾千。水沸騰的對單位?？諝鈴?qiáng)制對流時(shí)是幾百。水蒸汽冷凝時(shí)是幾千。水沸騰的對流傳熱系數(shù)是幾萬。如果你計(jì)算空氣時(shí)，達(dá)到幾千，肯定就是計(jì)算錯(cuò)了。流傳熱系數(shù)是幾萬。如果你計(jì)算空氣時(shí)，達(dá)到幾千，肯定就是計(jì)算錯(cuò)了。 第三節(jié) 對流傳熱4.4.對流傳熱分類對流傳熱分類 對流傳熱對流傳熱有相變有相變傳熱傳熱無相變無相變傳熱傳熱冷凝傳熱冷凝

6、傳熱沸騰傳熱沸騰傳熱自然對流自然對流強(qiáng)制對流強(qiáng)制對流管外管外對流對流管內(nèi)管內(nèi)對流對流圓形圓形直管直管非圓非圓管道管道彎管彎管湍流湍流過渡流過渡流滯流滯流大容器內(nèi)液體沸騰大容器內(nèi)液體沸騰管內(nèi)強(qiáng)制沸騰管內(nèi)強(qiáng)制沸騰膜狀冷凝膜狀冷凝滴狀冷凝滴狀冷凝第三節(jié) 對流傳熱五、流體作強(qiáng)制對流時(shí)的給熱系數(shù)五、流體作強(qiáng)制對流時(shí)的給熱系數(shù)管內(nèi)流動管內(nèi)流動1.1.流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)的對流傳熱系數(shù)流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)的對流傳熱系數(shù)采用迪塔斯貝爾特（采用迪塔斯貝爾特（DittusBoelter）方程：）方程：nNuPrRe023. 08 . 0 式中：式中：n普朗特?cái)?shù)的指數(shù)，普朗特?cái)?shù)的指數(shù)，流體被加熱時(shí)，流體

7、被加熱時(shí)，n =0.4； 流體被冷卻時(shí)，流體被冷卻時(shí)，n =0.3。氣體及低粘度液體：氣體及低粘度液體：第三節(jié) 對流傳熱將各無量綱準(zhǔn)數(shù)代入可得：將各無量綱準(zhǔn)數(shù)代入可得：npcdud)()(023. 08 . 0 使用范圍：使用范圍：Re10000，0.7Pr160， 50，光滑管，光滑管 特征尺寸：特征尺寸：L = 管內(nèi)徑管內(nèi)徑di定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值：定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值：tm=(t1+t2)/2第三節(jié) 對流傳熱說明說明 當(dāng)當(dāng)l/d50時(shí)，按下式校正：時(shí)，按下式校正：如沒有特殊說明，按照如沒有特殊說明，按照l/d50計(jì)算；計(jì)算；npcdud)()(023.

8、 08 . 0 液體：液體：T層流底層厚度層流底層厚度，被加熱利于傳熱；，被加熱利于傳熱；Pr1.0，故，故Pr0.4 Pr0.3 ，可校正；，可校正；氣體：氣體：T層流底層厚度層流底層厚度，被冷卻利于傳熱；，被冷卻利于傳熱；但但Pr1.0，故，故Pr0.4 Pr0.3 ，可校正；，可校正； = 1+(d/l) = 1+(d/l)0.70.7 第三節(jié) 對流傳熱高粘度液體：高粘度液體：14. 033. 08 . 0)()()(027. 0wpcdud 在實(shí)際中，由于壁溫難以測得，工程上近似處理為：在實(shí)際中，由于壁溫難以測得，工程上近似處理為：對于液體，加熱時(shí)：對于液體，加熱時(shí)：05. 1)(14

9、. 0 w ，冷卻時(shí)：，冷卻時(shí)：95. 0)(14. 0 w 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：Re104，0.7 Pr 60特征尺寸：管內(nèi)徑特征尺寸：管內(nèi)徑di第三節(jié) 對流傳熱2.2.流體在圓管內(nèi)強(qiáng)制層流時(shí)的對流傳熱系數(shù)流體在圓管內(nèi)強(qiáng)制層流時(shí)的對流傳熱系數(shù)14. 03/1)()Pr(Re86. 1wldNu引入格里茲引入格里茲（Graetz）數(shù)：數(shù)：lcmGzps自然對流的影響可以忽略自然對流的影響可以忽略因?yàn)橐驗(yàn)閘CmlCudldCudldpspiipii244PrRe4第三節(jié) 對流傳熱14. 03114. 03101. 201. 2 wpswlcmdGzNu 適用范圍：適用范圍：Re10，0.6Pr2

10、5000時(shí)，應(yīng)考慮自然對流的影響，此時(shí)應(yīng)對上時(shí)，應(yīng)考慮自然對流的影響，此時(shí)應(yīng)對上式右邊乘以校正因子式右邊乘以校正因子f ：)01501(8031/Gr.f 自然對流的影響不可忽略自然對流的影響不可忽略f 第三節(jié) 對流傳熱3.3.圓直管內(nèi)過渡狀態(tài)下的對流傳熱系數(shù)圓直管內(nèi)過渡狀態(tài)下的對流傳熱系數(shù)當(dāng)當(dāng)Re =200010000時(shí)，屬于過渡狀態(tài)，先按湍流公式時(shí)，屬于過渡狀態(tài)，先按湍流公式計(jì)算，然后再乘以校正系數(shù)計(jì)算，然后再乘以校正系數(shù)f1 ：8 . 051Re1060 . 1 f湍湍過渡過渡 1f第三節(jié) 對流傳熱4.4.流體在彎曲圓形管道內(nèi)強(qiáng)制對流流體在彎曲圓形管道內(nèi)強(qiáng)制對流由于形成渦流，對流傳熱系數(shù)

11、比直管時(shí)要大由于形成渦流，對流傳熱系數(shù)比直管時(shí)要大)77. 11(Rdi 式中：式中：、彎管及直管中的對流傳熱系數(shù)，彎管及直管中的對流傳熱系數(shù)，W/(m2)di管內(nèi)徑，管內(nèi)徑，m；R彎管的曲率半徑，彎管的曲率半徑，m。第三節(jié) 對流傳熱5.5.流體在非圓形管道內(nèi)強(qiáng)制對流流體在非圓形管道內(nèi)強(qiáng)制對流采用圓形管內(nèi)相應(yīng)的公式計(jì)算，特征尺寸采用當(dāng)量直徑。采用圓形管內(nèi)相應(yīng)的公式計(jì)算，特征尺寸采用當(dāng)量直徑。 潤潤濕濕周周邊邊流流動動截截面面積積 4de2)12(318 . 002. 0ddrPeRed 流體通過套管環(huán)隙湍流時(shí)的給熱系數(shù)：流體通過套管環(huán)隙湍流時(shí)的給熱系數(shù)：適用范圍：適用范圍：d1/d2 =1.6

12、517，54102.2101.2Re 第三節(jié) 對流傳熱 管外流動管外流動單根圓管外垂直流過：單根圓管外垂直流過：n 由于沿柱面不同位置，流體流速由于沿柱面不同位置，流體流速及層流邊界層厚度均不同，因此各及層流邊界層厚度均不同，因此各部位對流傳熱系數(shù)也會發(fā)生變化；部位對流傳熱系數(shù)也會發(fā)生變化；n 隨隨而改變，通常取周向而改變，通常取周向的的平均值進(jìn)行計(jì)算。平均值進(jìn)行計(jì)算。流體垂直流過單根圓管外的情況流體垂直流過單根圓管外的情況第三節(jié) 對流傳熱2.2.流體橫過管束時(shí)的傳熱流體橫過管束時(shí)的傳熱換熱器殼程都是橫掠管束流動，管的排列分直列和錯(cuò)列。換熱器殼程都是橫掠管束流動，管的排列分直列和錯(cuò)列。錯(cuò)列時(shí)流

13、體在管間交替收縮和擴(kuò)張的彎曲通道中流動，比直列時(shí)在管間錯(cuò)列時(shí)流體在管間交替收縮和擴(kuò)張的彎曲通道中流動，比直列時(shí)在管間走廊通道的流動擾動更為強(qiáng)烈，故錯(cuò)列比直列傳熱要快，但錯(cuò)列的流動走廊通道的流動擾動更為強(qiáng)烈，故錯(cuò)列比直列傳熱要快，但錯(cuò)列的流動阻力較大，清洗不如直列容易。阻力較大，清洗不如直列容易。 第三節(jié) 對流傳熱影響因素為影響因素為 Re，Pr，管子排列方式，管間距和管排數(shù)等：，管子排列方式，管間距和管排數(shù)等：常用的經(jīng)驗(yàn)公式：常用的經(jīng)驗(yàn)公式：第三排及其后的管外給熱系數(shù)：第三排及其后的管外給熱系數(shù)：4 . 06 . 0034 . 065. 003PrRe348. 0 PrRed181. 0 d

14、叉叉排排：順順排排：32319060 .32317060 .應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：Re = 500070000, s1/d=1.25.0,s2/d=1.25.0特征尺寸：特征尺寸：管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速管外徑，流速取每排管子中最狹窄通道處的流速定性溫度：定性溫度：流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值流體進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值第三節(jié) 對流傳熱由于各排的傳熱系數(shù)不同，則整個(gè)管束的平均給熱系數(shù)應(yīng)按下式求出：由于各排的傳熱系數(shù)不同，則整個(gè)管束的平均給熱系數(shù)應(yīng)按下式求出： 式中：式中：A A1 1、A A2 2、A A3 3分別為第一排，第二排，第三排分別為第一排，第二排，第三排的傳熱面積；

15、的傳熱面積； 1 1、2 2、3 3分別為第一排，第二排，第三排分別為第一排，第二排，第三排的傳熱系數(shù)。的傳熱系數(shù)。 321332211AAAAAAm六、 自然對流傳熱自然對流：加熱過程中流體密度發(fā)生變化而產(chǎn)生的流動。自然對流：加熱過程中流體密度發(fā)生變化而產(chǎn)生的流動。如水在鍋爐中的受熱，用蒸汽盤管在缸底加熱油罐中的油。如水在鍋爐中的受熱，用蒸汽盤管在缸底加熱油罐中的油。類型類型無限空間（大容積自然對流）無限空間（大容積自然對流） 如房間中的暖氣片與周圍空氣的傳熱如房間中的暖氣片與周圍空氣的傳熱有限空間：如夾套內(nèi)的傳熱有限空間：如夾套內(nèi)的傳熱第三節(jié) 對流傳熱第三節(jié) 對流傳熱大容積自然對流的給熱系

16、數(shù)僅與大容積自然對流的給熱系數(shù)僅與 Gr 數(shù)和數(shù)和 Pr 數(shù)有關(guān)：數(shù)有關(guān)： 定性溫度：取壁溫定性溫度：取壁溫 tw 和流體平均溫度和流體平均溫度 tm 的算術(shù)平均值；的算術(shù)平均值；特性尺寸：水平管取外徑特性尺寸：水平管取外徑do ，垂直管或板取管長和板高，垂直管或板取管長和板高H 。nNuC Gr Pr大容積自然對流的計(jì)算大容積自然對流的計(jì)算即即：npltgclC 232 第三節(jié) 對流傳熱加熱面的形狀加熱面的形狀GrPr流動狀態(tài)流動狀態(tài)Cn定性尺寸定性尺寸垂直板或圓柱垂直板或圓柱1041091091013層流層流湍流湍流0.590.101/41/3高度高度H水平圓柱體水平圓柱體10410910

17、91012層流層流湍流湍流0.530.131/41/3外徑外徑dO水平板，水平板，熱面朝上熱面朝上1052107210731010層流層流湍流湍流0.540.141/41/3正方形取邊正方形取邊長，長方形長，長方形取兩邊平均取兩邊平均值，圓盤取值，圓盤取0.9d，狹長，狹長條取短邊。條取短邊。水平板，水平板，熱面朝下熱面朝下層流層流湍流湍流0.271/4不能達(dá)到不能達(dá)到31053101031010 指數(shù)指數(shù)n 及系數(shù)及系數(shù)C 由表中數(shù)據(jù)查得由表中數(shù)據(jù)查得第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱一、沸騰傳熱一、沸騰傳熱 液體沸騰及其分類液體沸騰及其分類定義：定義：液體與高溫壁面接觸被加熱氣化液

18、體與高溫壁面接觸被加熱氣化并產(chǎn)生氣泡的過程。并產(chǎn)生氣泡的過程。加加熱熱大容積沸騰大容積沸騰( (池內(nèi)沸騰池內(nèi)沸騰) )：熱表面浸沒于大容器內(nèi)無強(qiáng)制流動的液體：熱表面浸沒于大容器內(nèi)無強(qiáng)制流動的液體中所發(fā)生的沸騰中所發(fā)生的沸騰 液體沸騰的分類液體沸騰的分類按加熱面的形狀分類：按加熱面的形狀分類：特點(diǎn)：特點(diǎn)： 汽泡可自由浮升；汽泡可自由浮升； 傳熱由自然對流及氣泡的擾動產(chǎn)生。傳熱由自然對流及氣泡的擾動產(chǎn)生。管內(nèi)強(qiáng)制對流沸騰：液體在壓差作用下以一定流速從加熱管內(nèi)流過而管內(nèi)強(qiáng)制對流沸騰：液體在壓差作用下以一定流速從加熱管內(nèi)流過而發(fā)生的沸騰。發(fā)生的沸騰。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 汽泡不能自由浮升；汽泡不能自由浮升；

19、氣液混相流動。氣液混相流動。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱按照液體主體溫度分類：按照液體主體溫度分類：過冷沸騰：過冷沸騰：飽和沸騰：飽和沸騰： 液體主體溫度液體主體溫度T T操作壓力下液體的沸點(diǎn)操作壓力下液體的沸點(diǎn)T TS S， 而壁溫而壁溫T TW W 液體沸點(diǎn)液體沸點(diǎn)T TS S ； 汽泡脫離壁面后在液體主體中重新凝結(jié)汽泡脫離壁面后在液體主體中重新凝結(jié) 液體主體溫度液體主體溫度T T飽和溫度飽和溫度T TS S，而壁溫而壁溫T TW W液體沸點(diǎn)液體沸點(diǎn)T TS S ； 汽泡脫離后聚合成較大的氣泡汽泡脫離后聚合成較大的氣泡第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱(三三)沸騰現(xiàn)象

20、沸騰現(xiàn)象沸騰機(jī)理：汽泡的生成、脫離和浮升。沸騰機(jī)理：汽泡的生成、脫離和浮升。汽泡生成的條件：液體必須過熱；汽泡生成的條件：液體必須過熱；加熱壁面上存在汽化核心。加熱壁面上存在汽化核心。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱過熱度：過熱度： 飽和沸騰時(shí)液體的實(shí)際溫度與液體所處壓力下沸點(diǎn)的飽和沸騰時(shí)液體的實(shí)際溫度與液體所處壓力下沸點(diǎn)的 差值：差值：t-tt-ts s； 加熱面處的過熱度最大；加熱面處的過熱度最大； 常壓下水沸騰時(shí)加熱面處的過熱度為常壓下水沸騰時(shí)加熱面處的過熱度為6 688，主體的，主體的 過熱度為過熱度為0.40.40.80.8。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱汽化核

21、心：汽化核心： 粗糙表面上微細(xì)的凹縫或裂紋處，由于表面張力較小或粗糙表面上微細(xì)的凹縫或裂紋處，由于表面張力較小或 吸附了微量氣體或蒸汽等原因，使新相容易生成；吸附了微量氣體或蒸汽等原因，使新相容易生成； 與壁面材質(zhì)、粗糙程度有關(guān)；與壁面材質(zhì)、粗糙程度有關(guān)； 液體潤濕壁面能力液體潤濕壁面能力附著力附著力汽泡易于脫離；汽泡易于脫離； 壓力壓力P ”脫離直徑脫離直徑“生成氣泡頻率生成氣泡頻率對流傳熱對流傳熱 系數(shù)系數(shù)。說明：汽泡在加熱面上不斷產(chǎn)生、長大、脫離，液體不斷說明：汽泡在加熱面上不斷產(chǎn)生、長大、脫離，液體不斷沖刷熱表面，使其附近激烈擾動，故沖刷熱表面，使其附近激烈擾動，故沸騰沸騰無相變無相變

22、。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱( (四四) ) 飽和沸騰曲線飽和沸騰曲線 自然對流沸騰區(qū)：自然對流沸騰區(qū)： t t 較小，壁面處液較小，壁面處液體輕微過熱，產(chǎn)生的體輕微過熱，產(chǎn)生的少量汽泡尚未升浮達(dá)少量汽泡尚未升浮達(dá)到自由液面就放熱再到自由液面就放熱再冷凝而消失。液體的冷凝而消失。液體的運(yùn)動主要決定于自然運(yùn)動主要決定于自然對流；當(dāng)熱液體浮升對流；當(dāng)熱液體浮升至液面時(shí)，發(fā)生表面至液面時(shí)，發(fā)生表面蒸發(fā)。蒸發(fā)。自然對流沸騰自然對流沸騰區(qū)區(qū)第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱核狀沸騰區(qū)：核狀沸騰區(qū)： t t增大，加熱面上汽增大，加熱面上汽泡數(shù)量增加，促進(jìn)液泡數(shù)量增加，促進(jìn)液體擾動，

23、體擾動，值迅速增值迅速增加。加。泡核沸騰區(qū)泡核沸騰區(qū)點(diǎn)點(diǎn)C ：臨界點(diǎn)，對應(yīng)：臨界點(diǎn)，對應(yīng)tc、c；如常壓水：如常壓水：tc=25,c=5.35104W/(m2K)第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱膜態(tài)沸騰區(qū)：膜態(tài)沸騰區(qū)： t t 增大過增大過C C 點(diǎn)，汽泡數(shù)點(diǎn)，汽泡數(shù)大大增加，且生成速率大大增加，且生成速率脫離速率，汽泡連成汽膜，脫離速率，汽泡連成汽膜，值下降。因汽膜很不穩(wěn)值下降。因汽膜很不穩(wěn)定，屬于核狀沸騰和膜狀定，屬于核狀沸騰和膜狀沸騰共存的過渡區(qū)。沸騰共存的過渡區(qū)。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱穩(wěn)定膜態(tài)沸騰：穩(wěn)定膜態(tài)沸騰： t t 繼續(xù)增大，汽泡迅速形成并繼續(xù)增大，

24、汽泡迅速形成并互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面互相結(jié)合成汽膜覆蓋在加熱壁面上，產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰。對流上，產(chǎn)生穩(wěn)定的膜狀沸騰。對流傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)值變化不大。值變化不大。但由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強(qiáng)，但由于膜內(nèi)輻射傳熱的逐漸增強(qiáng)，和和q q又隨又隨 t t的增加而升高的增加而升高穩(wěn)定膜態(tài)沸騰穩(wěn)定膜態(tài)沸騰第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱(五) 沸騰傳熱計(jì)算大容器內(nèi)泡核沸騰的大容器內(nèi)泡核沸騰的可采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：可采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 1 ntA 式中：式中：t溫差，溫差， t=tw-ts， A，n與液體物性、操作壓力及表面狀況與液體物性、操作壓力及表面狀況 有關(guān)的參數(shù)，可查有關(guān)資

25、料得到。有關(guān)的參數(shù)，可查有關(guān)資料得到。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱( (六六) ) 影響沸騰傳熱的因素及強(qiáng)化沸騰傳熱的途徑影響沸騰傳熱的因素及強(qiáng)化沸騰傳熱的途徑影響因素：影響因素： 液體性質(zhì)：液體性質(zhì)：，；，； 溫差及操作壓力：溫差溫差及操作壓力：溫差t應(yīng)控制在核狀沸騰區(qū)應(yīng)控制在核狀沸騰區(qū) Pts ； 熱表面的粗糙度、物性及潤濕性、表面的布置：熱表面的粗糙度、物性及潤濕性、表面的布置： 新的或者清潔的表面新的或者清潔的表面大；大； 水平管束面的沸騰水平管束面的沸騰單管外的沸騰單管外的沸騰。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱強(qiáng)化途徑：強(qiáng)化途徑： 加熱面：加熱面： 液體：液體

26、： 使表面粗糙化；使表面粗糙化； 采用多孔金屬表面；采用多孔金屬表面； 定期除垢定期除垢 加入添加劑降低液體表面張力；加入添加劑降低液體表面張力； 加強(qiáng)攪拌加強(qiáng)攪拌第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱二、二、 冷凝傳熱冷凝傳熱 蒸汽與低于飽和溫度的冷壁接觸，釋放出潛熱后冷凝蒸汽與低于飽和溫度的冷壁接觸，釋放出潛熱后冷凝為液體，這一過程稱為冷凝傳熱。為液體，這一過程稱為冷凝傳熱。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱 蒸汽冷凝的方式蒸汽冷凝的方式特點(diǎn)：蒸汽放出的潛熱必須穿過液膜才特點(diǎn)：蒸汽放出的潛熱必須穿過液膜才能傳遞到壁面，液膜層為壁面與蒸汽間能傳遞到壁面，液膜層為壁面與蒸汽間傳熱的

27、主要熱阻。傳熱的主要熱阻。膜狀冷凝：膜狀冷凝：冷凝液能潤濕壁面，形成一層完整的液冷凝液能潤濕壁面，形成一層完整的液膜布滿液面并連續(xù)向下流動。膜布滿液面并連續(xù)向下流動。較小較小工業(yè)上常見工業(yè)上常見第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱冷凝液不能很好地潤濕壁面，僅在其冷凝液不能很好地潤濕壁面，僅在其上凝結(jié)成小液滴，此后長大或合并成上凝結(jié)成小液滴，此后長大或合并成較大的液滴而脫落。較大的液滴而脫落。實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝的方法：實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝的方法： 在壁面上涂一層油類物質(zhì)；在壁面上涂一層油類物質(zhì)； 在蒸汽中混入油類或脂類物質(zhì)；在蒸汽中混入油類或脂類物質(zhì)； 對管表面進(jìn)行改性處理。對管表面進(jìn)行改性處理。特點(diǎn)：

28、滴狀冷凝時(shí)沒有完整液膜的阻特點(diǎn)：滴狀冷凝時(shí)沒有完整液膜的阻礙，熱阻很小，給熱系數(shù)約為膜狀冷礙，熱阻很小，給熱系數(shù)約為膜狀冷凝的凝的 5 510 10 倍甚至更高。倍甚至更高。滴狀冷凝：滴狀冷凝：較大較大第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱 冷凝傳熱系數(shù)冷凝傳熱系數(shù)第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱1.1.層流時(shí)的冷凝傳熱系數(shù)：層流時(shí)的冷凝傳熱系數(shù)： 冷凝液膜呈層流流動，傳熱方式僅為通過液膜進(jìn)行的冷凝液膜呈層流流動，傳熱方式僅為通過液膜進(jìn)行的 熱傳導(dǎo)，膜內(nèi)溫度分布為線性；熱傳導(dǎo)，膜內(nèi)溫度分布為線性； 蒸汽靜止，汽液界面無粘性應(yīng)力；蒸汽靜止，汽液界面無粘性應(yīng)力； 汽、液相物性為常數(shù)，

29、壁面溫度恒定，膜表面溫度等汽、液相物性為常數(shù)，壁面溫度恒定，膜表面溫度等 于飽和蒸氣溫度；于飽和蒸氣溫度； 忽略液膜的過冷度，冷凝液為飽和液體。忽略液膜的過冷度，冷凝液為飽和液體。努塞特假定：努塞特假定：Re Re 20002000時(shí)為層流時(shí)為層流: :第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱經(jīng)推導(dǎo)，努塞特提出如下方程：經(jīng)推導(dǎo)，努塞特提出如下方程：垂直壁：垂直壁：4/13213. 1 tLgr 特征尺寸：特征尺寸： L L垂直壁高，垂直壁高，m m；單根水平管單根水平管4/132725. 0 tdgrO 特征尺寸：特征尺寸： d dO O管外直徑，管外直徑，m m。定性溫度：定性溫度：t t

30、m m=(t=(ts s+t+tw w)/2)/2第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱定性溫度：定性溫度：t tm m=(t=(ts s+t+tw w)/2)/22.2.湍流時(shí)的冷凝傳熱系數(shù)湍流時(shí)的冷凝傳熱系數(shù)垂直壁：垂直壁：3241039/52324 rtLg特征尺寸特征尺寸L L ：管長或板高：管長或板高Re Re 20002000時(shí)為湍流時(shí)為湍流: :第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱 影響冷凝傳熱的因素影響冷凝傳熱的因素1.1.流體物性的影響：流體物性的影響： 冷凝液冷凝液 or or ReRe or or 液膜厚度液膜厚度 ； 冷凝液冷凝液 ； 冷凝潛熱冷凝潛熱r r

31、，同樣的熱負(fù)荷，同樣的熱負(fù)荷Q Q 下下冷凝液量冷凝液量m ms s液液 膜厚度膜厚度 。2.2.液膜溫差的影響：液膜溫差的影響： 當(dāng)液膜層流流動時(shí)，當(dāng)液膜層流流動時(shí)， t=tt=ts st tW W， t t 蒸汽冷凝速率蒸汽冷凝速率液膜增厚液膜增厚 。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱3.3.冷凝壁面的狀況：冷凝壁面的狀況： 表面粗糙度、有腐蝕或氧化層表面粗糙度、有腐蝕或氧化層 4.4.蒸汽過熱度的影響：蒸汽過熱度的影響： 過熱蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)略大于相同溫度下飽和蒸汽的冷凝給熱系過熱蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)略大于相同溫度下飽和蒸汽的冷凝給熱系 數(shù)：數(shù)：大氣壓下，過熱大氣壓下，過熱303

32、0的蒸汽較飽和蒸汽的的蒸汽較飽和蒸汽的高高1%1%。r= r + Cr= r + CP P(t(tg g-t-ts s) )第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱校正：用校正：用過熱蒸汽的氣化潛熱代替前面計(jì)算公式中的氣化潛熱過熱蒸汽的氣化潛熱代替前面計(jì)算公式中的氣化潛熱5.5.蒸汽流速與流向的影響蒸汽流速與流向的影響： 蒸汽與液膜流向相同時(shí)，會加速液膜流動，使液膜變薄蒸汽與液膜流向相同時(shí)，會加速液膜流動，使液膜變薄 ； 蒸汽流速蒸汽流速 10m/s 40 4050m/s 50m/s 時(shí)，時(shí)，提高提高30% 30% 左右。左右。 蒸汽與液膜流向相反時(shí)，會阻礙液膜流動，使液膜變厚蒸汽與液膜流向相反時(shí)，會阻礙液膜流動，使液膜變厚 ；但但u u時(shí)，會吹散液膜時(shí)，會吹散液膜 。 6.6.不凝氣體的影響不凝氣體的影響： 當(dāng)蒸汽冷凝時(shí)，不凝氣體會在液膜表面濃集形成氣膜，大大增加熱當(dāng)蒸汽冷凝時(shí)，不凝氣體會在液膜表面濃集形成氣膜，大大增加熱 阻。因此在操作時(shí)，應(yīng)注意排放不凝氣。阻。因此在操作時(shí)，應(yīng)注意排放不凝氣。第四節(jié)第四節(jié) 沸騰與冷凝傳熱沸騰與冷凝傳熱一、一、 間壁兩側(cè)流體的