《熱工基礎(chǔ)》課件-沸騰換熱

沸騰換熱熱工基礎(chǔ)電/廠/熱/能/動/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫沸騰換熱當(dāng)液體與高于其飽和溫度的熱壁面接觸時，就會吸收汽化潛熱，有液體變化為氣態(tài)，此現(xiàn)象即為沸騰換熱。在發(fā)電廠中的水冷壁中飽和水與管壁之間的換熱都是沸騰換熱。沸騰換熱管內(nèi)強(qiáng)迫沸騰換熱大容器沸騰換熱沸騰換熱飽和沸騰過冷沸騰沸騰換熱大容器沸騰換熱特點01大容器沸騰換熱的四個階段02目

錄Content臨界熱負(fù)荷03大容器沸騰換熱的計算0401電/廠/熱/能/動/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫大容器沸騰換熱特點沸騰換熱加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中，熱量從加熱面?zhèn)魅胧顾軣?，溫度升高。?dāng)溫度升高到一定數(shù)值時，就會在加熱面上的局部地方開始產(chǎn)生汽泡。如果汽泡能自由上升，并在上升過程中不受液體流動的影響，液體的運動只是由自然對流和汽泡的擾動引起，這種沸騰現(xiàn)象就稱為大容器沸騰，沸騰換熱汽泡在壁面上時，熱量經(jīng)由與壁面直接接觸的汽泡表面?zhèn)鹘o汽泡；汽泡脫離壁面后，熱量由壁面→液體→汽泡表面→使液體在汽泡壁上汽化。汽泡脫離壁面時直徑的大小與液體潤濕壁面的能力有關(guān)。對于潤濕能力強(qiáng)的液體，生成的汽泡呈球形，附著于壁面的面積小，汽泡易脫離壁面，脫離直徑也較小，傳熱量大；相反，潤濕能力弱的液體，汽泡有較大的表面積附著于壁面，汽泡不易脫離，脫離直徑也較大，傳熱量低。02電/廠/熱/能/動/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫大容器沸騰換熱的四個階段沸騰換熱

以一個大氣壓下飽和水的沸騰為例。根據(jù)壁面過熱度的不同，飽和水的沸騰可以分成自然對流、核態(tài)沸騰、過渡沸騰和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰四個階段沸騰換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。當(dāng)壁面過熱度△t比較低時(小于4℃)，加熱面表面的液體輕微過熱，產(chǎn)生的汽泡不多，且產(chǎn)生的汽泡不能脫離壁面上浮，這時是被加熱的液體向上浮升，形成自然對流，換熱遵循單相自然對流換熱規(guī)律。液面發(fā)生表面蒸發(fā)。換熱系數(shù)和熱流密度隨△t增大而緩慢上升。1.自然對流(過冷沸騰)階段沸騰換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。該段的特點是：溫差小，換熱強(qiáng)度大，工業(yè)設(shè)備中的沸騰大多數(shù)處于這一階段。2.核態(tài)沸騰階段隨著壁面過熱度△t的增大，加熱面上汽化核心的數(shù)目增多，汽泡數(shù)量顯著增加。大量汽泡的產(chǎn)生和運動，使沸騰液體受到劇烈擾動，從而使換熱系數(shù)迅速增大。對應(yīng)壁面過熱度約4~30℃。沸騰換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。3.過渡沸騰階段D點對應(yīng)的溫差約為120℃。從C點以后，進(jìn)一步提高△t，熱流密度不升反降。原因是：汽泡的生長速度大于汽泡躍離加熱面的速度，生成的汽泡太多，使汽泡聚集形成一層不穩(wěn)定的蒸汽膜，交替覆蓋在加熱面上。因蒸汽的熱導(dǎo)率很小，故這層蒸汽膜的導(dǎo)熱熱阻很大，阻礙了液體與加熱面的直接接觸，使換熱情況惡化，換熱系數(shù)與熱流密度迅速下降。這種情況持續(xù)到D點，達(dá)到熱流密度的最低值為止。沸騰換熱液態(tài)居中，因此當(dāng)氣體離液態(tài)區(qū)越遠(yuǎn)，分子間距越大分子間作用力越小，就可以看做理想氣體。從D點以后，隨著△t的上升，汽泡生長速度與躍離速度趨于平衡。此時，在加熱面上形成穩(wěn)定的蒸汽膜層，這時汽化使在氣膜與液體的交界面上進(jìn)行，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)律地脫離膜層。汽膜中的熱量傳遞不僅有導(dǎo)熱，而且有對流；由于熱表面的溫度相當(dāng)高，輻射的作用顯現(xiàn)出來，隨△t的增加，熱流密度重新轉(zhuǎn)為上升，換熱系數(shù)基本保持不變。到E點，加熱表面的溫度已高達(dá)1000℃以上，該點也對應(yīng)臨界熱流密度。4.穩(wěn)定膜態(tài)沸騰階段03電/廠/熱/能/動/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫臨界熱負(fù)荷沸騰換熱由核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變?yōu)槟B(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點C點稱為沸騰換熱的臨界點。這一狀態(tài)所對應(yīng)的溫差、換熱系數(shù)和熱負(fù)荷的數(shù)值，分別稱為臨界溫差、臨界換熱系數(shù)和臨界熱負(fù)荷。臨界點的確定在工程上有很重要的實際意義。對于依靠控制熱流密度來改變工況的加熱設(shè)備(如電加熱液體、爐膛燃燒產(chǎn)物輻射加熱水冷壁中的水、核反應(yīng)堆中燃料棒加熱冷卻水等)，當(dāng)熱流密度超過qc時會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：由于熱流密度無法隨過熱度的增加而減少，工況將不再按沸騰曲線由C點向D點過度，而是由C點直接跳轉(zhuǎn)到同一熱流密度qc下的點E。從沸騰曲線可以看出，此時對傳熱面來講，傳熱溫差△t將從20℃增加到1000℃，可能導(dǎo)致設(shè)備瞬間燒毀，所以必須嚴(yán)格控制監(jiān)視q，確保在安全工作范圍內(nèi)。C點也稱為燒毀點，04電/廠/熱/能/動/力/裝/置/專/業(yè)/教/學(xué)/資/源/庫大容器沸騰換熱的計算沸騰換熱

在(0.2-101)×105Pa壓力下