传热学第八章相变换热课件.ppt

1,换热形式：单相 相变交换热量：（显热mct）（潜热m）相对单位质量热容量：1 100介质流量m相对表面传热系数：1 10 A,1、相变换热与非相变换热的对比：,2、凝结换热现象,2,膜状凝结凝结液在壁面上铺展成膜。,珠状凝结凝结液在壁面上凝聚成液珠。,h珠h膜(表面改性),条件：内聚力附着力，润湿表面。,条件：内聚力附着力，不润湿表面。,实验测量：1个大气压下，水蒸气凝结，表面传热系数珠状凝结：4104105；膜状凝结：6103104 W/(m2K),3,纯净蒸汽层流液膜；常物性；蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力；液膜的惯性可以忽略；汽液界面上无温差；膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移只有导热而无对流作用；液膜的过冷度可以忽略；相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计；液膜表面平整无波动。,3、膜状凝结分析解及实验关联式,（1）努塞尔特假设：,4,（2）简化微分方程：,动量方程(重力与粘性力平衡),能量方程(只有导热),边界条件：,y=0 时，u=0，t=tw,y=时，,5,（求解过程可参见教材P304306）主要计算结果：,即：,局部表面传热系数：,液膜厚度计算式：,6,竖壁层流分析解（膜层Re1600）,水平圆管的层流膜状凝结分析解：,（3）分析解：,对比分析可见，当l/d=50时，横管的平均表面传热系数是竖管的两倍。(横管强化传热),7,球表面的层流膜状凝结分析解：,定性温度：膜层平均温度,8,紊流实验关联式：,定性温度、特性尺度及各准则数定义参见教材P308,（4）实验关联式：,层流水平管实验解与分析解同。层流竖壁实验关联式由于表面波动使换热增强，将分析解系数变为0.9431.2=1.13即可。,膜层雷诺数及其临界值,9,来源：蒸汽带入；蒸汽分解；负压条件下系统漏入；系统生成（液体与金属相容性）。危害：含气体1 h 60原因：蒸汽与液膜间的热阻措施：断绝来源；系统中安装抽气器、空气分离器等。,4、影响膜状凝结的因素,流向与液膜流动方向相同拉薄液膜h,蒸汽流速、流向,不凝气体在壁温下不能凝结的气体,10,过热蒸汽 饱和干蒸汽 饱和液体,过热蒸汽（表面传热系数下降，教材叙述不可取）,（冷却）非相变,（冷凝）相变,液膜过冷度及温度分布的非线性,蒸汽 液膜热侧 液膜冷侧 壁面,凝结 导热 对流,由于冷却过程表面传热系数远低于冷凝过程，所以过热蒸汽将使换热器的换热能力大大下降，因此热用户应将过热蒸汽饱和化。例如某纺织厂溴化锂制冷机组的过热蒸汽进行饱和化处理后，机组制冷能力提高了20%。,由于液膜的过冷，使得放热量增加了液膜所释放的显热。,管子排数（飞溅作用使得多层h单层h）,对于管内冷凝，蒸汽流速和凝液堆积影响换热效果。,凝结表面的几何形状（减薄液膜、及时排除凝结液）,11,沸腾：液体表面和内部同时发生气化的现象。（开水不响）沸腾换热：温度高于沸点的壁面与液体之间的换热过程。,5、沸腾换热现象,大容器 饱和沸腾 曲线,液体饱和，壁面温度高于饱和温度。,液体具有自由表面,随着壁面过热度的增加，依次发生核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾。图中核态沸腾和过渡沸腾交界处的热流密度峰值叫做临界热流密度，亦称烧毁点。一般通过控制热流密度或控制壁面过热度避免越过该点，以达到设备的安全经济运行。,12,两滴完全相同的水珠分别落在120摄氏度和400摄氏度的铁板上，哪一滴先汽化掉？答：落在120度的水珠先汽化。因为水珠在120度铁板的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在400度铁板的沸腾属于膜态沸腾，换热较弱。,13,汽化核心的分析（汽泡的生成条件）,气泡内外压差=表面张力,随着壁温的升高，壁面过热度加大，汽化核心的半径愈来愈小。,14,管内沸腾两相流,15,6、沸腾换热计算式,1.大容器饱和液体核态沸腾（参见教材P320322）2.大容器饱和沸腾的临界热通量（参见教材P322323）3.大容器饱和液体膜态沸腾（参见教材P323）,16,7、影响沸腾换热的因素,不凝结气体（强化沸腾）过冷度（沸腾初期，流体的主要部分低于饱和温度，强化了自然对流，换热有所增强）液位高度（低于临界液位时，表面传热系数明显升高）重力加速度（对核态沸腾无影响，但对自然对流影响较大）沸腾表面的结构（加工汽化核心）,