凝結(jié)強(qiáng)化傳熱

1、1凝結(jié)換熱的強(qiáng)化凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 2 要考慮過(guò)熱蒸氣與飽和液的焓差。要考慮過(guò)熱蒸氣與飽和液的焓差。t 。不凝結(jié)氣體增加了傳遞過(guò)程的阻力，同時(shí)使飽和溫度不凝結(jié)氣體增加了傳遞過(guò)程的阻力，同時(shí)使飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力 流速較高時(shí)，蒸氣流對(duì)液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。流速較高時(shí)，蒸氣流對(duì)液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。 如果蒸氣流動(dòng)與液膜向下的流動(dòng)同向時(shí)，使液膜拉薄，如果蒸氣流動(dòng)與液膜向下的流動(dòng)同向時(shí)，使液膜拉薄， 增大；反之使增大；反之使 減小。減小。hh3 如果考慮過(guò)冷度及溫度分布的實(shí)際情況，要用下式代替計(jì)如果考慮過(guò)冷度及溫度分布的實(shí)際情況，要用下式代替計(jì)算公式中的算公

2、式中的 ， rpswrr0.68c ( tt) 管束的幾何布置、流體物性都會(huì)影響凝結(jié)換熱。管束的幾何布置、流體物性都會(huì)影響凝結(jié)換熱。 前面推導(dǎo)的橫管凝結(jié)換熱的公式只適用于單根橫管。前面推導(dǎo)的橫管凝結(jié)換熱的公式只適用于單根橫管。 此時(shí)換熱與蒸氣的流速關(guān)系很大。蒸氣流速低時(shí)，凝此時(shí)換熱與蒸氣的流速關(guān)系很大。蒸氣流速低時(shí)，凝結(jié)液主要在管子底部，蒸氣則位于管子上半部。流速較高結(jié)液主要在管子底部，蒸氣則位于管子上半部。流速較高時(shí)，形成環(huán)狀流動(dòng)，凝結(jié)液均勻分布在管子四周，中心為時(shí)，形成環(huán)狀流動(dòng)，凝結(jié)液均勻分布在管子四周，中心為蒸氣核。蒸氣核。4強(qiáng)化凝結(jié)換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜強(qiáng)化凝結(jié)換熱

3、的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度。的厚度。可用各種帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者可用各種帶有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝結(jié)的液體盡快從換熱表面上使已凝結(jié)的液體盡快從換熱表面上 排泄掉。排泄掉。5-1 -1 凝結(jié)換熱凝結(jié)換熱 (1)(1)膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié): :gswtt當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的浸潤(rùn)壁面時(shí)，則在當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的浸潤(rùn)壁面時(shí)，則在壁面上形成許多小液珠壁面上形成許多小液珠gswtt工質(zhì)在飽和溫度下由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過(guò)程稱(chēng)為凝結(jié)工質(zhì)在飽和溫度下由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過(guò)程稱(chēng)為凝結(jié). .當(dāng)凝結(jié)液能很好地潤(rùn)濕壁面時(shí)當(dāng)凝結(jié)液能很好地潤(rùn)濕壁面時(shí), ,凝結(jié)液將凝結(jié)液

4、將形成連續(xù)的膜向下流動(dòng)形成連續(xù)的膜向下流動(dòng)(2) (2) 珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)6(3) (3) 兩種凝結(jié)形式的比較兩種凝結(jié)形式的比較膜狀凝結(jié)膜狀凝結(jié): :由于沿整個(gè)壁面形成一層薄膜，并且在重力由于沿整個(gè)壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過(guò)液膜，因的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過(guò)液膜，因此，液膜厚度及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響了熱量傳遞此，液膜厚度及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響了熱量傳遞。珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié): :由于凝結(jié)液體不能很好的浸潤(rùn)壁面時(shí)，則在由于凝結(jié)液體不能很好的浸潤(rùn)壁面時(shí)，則在壁面上形成許多小液珠，此時(shí)壁面的部分表面與蒸汽直壁面上形成許多小液珠，此時(shí)壁面的部分表面與蒸汽直接

5、接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)）甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)）雖然珠狀凝結(jié)換熱遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)，但可惜的是，珠狀雖然珠狀凝結(jié)換熱遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)，但可惜的是，珠狀凝結(jié)很難保持，因此，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大凝結(jié)很難保持，因此，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大多屬于膜狀凝結(jié)，因此，教材中只簡(jiǎn)單介紹了膜狀凝結(jié)多屬于膜狀凝結(jié)，因此，教材中只簡(jiǎn)單介紹了膜狀凝結(jié).膜狀凝結(jié)凝結(jié)發(fā)生在凝結(jié)發(fā)生在珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)膜狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)珠狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)膜狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)對(duì)凝結(jié)換熱影響尤為明顯蒸汽與液膜流動(dòng)方向相同力作用液膜減薄傳熱增強(qiáng)蒸汽與

6、液膜流動(dòng)方向相反力作用阻礙液膜流動(dòng)液膜增厚傳熱減弱液膜脫離壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)急劇增大方 法1)粗糙表面法2）采用各種形式的強(qiáng)化傳熱管3)應(yīng)用縱向肋或凹槽 壁面粗糙可以增強(qiáng)液膜湍流速度，所以能強(qiáng)化凝結(jié)換熱效果。如用滾花冷輥管，其傳熱系數(shù)是光滑管的4倍。但是當(dāng)液膜做 層流流動(dòng)時(shí)，粗糙度對(duì)擾動(dòng)液膜作用不大。機(jī)理由于在低肋管肋片上形成的液膜較薄，且換熱面積要比光管大得多，因此傳熱量要比光管大得多。但由于肋片高度、間距以及液體表面張力對(duì)凝結(jié)換熱有很大的影響，若參數(shù)選取不當(dāng)，易形成搭橋現(xiàn)象或影響凝結(jié)液順利流出。 研究表明：一定尺寸的低肋管只能適用于表面張力一定的工質(zhì)。GEWA-TXY管管 圖4：C管圖5 C管的

7、表面結(jié)構(gòu)及其與低肋管、光管的性能比較鋸齒形翅片管鋸齒形翅片管翅片的外緣周長(zhǎng)比普通低肋管要長(zhǎng)，這就擴(kuò)大了表面張力作用的薄液區(qū)，另外相鄰翅片間的鋸齒錯(cuò)開(kāi)排列也會(huì)激起冷凝液的湍動(dòng)，使冷凝傳熱系數(shù)顯著提高。圖6 鋸齒形翅片管 徑向輻射肋管徑向輻射肋管雖然翅片沒(méi)有鋸齒尖，但其冷凝傳熱系數(shù)卻比鋸齒形翅片管要高30%。這是由于其翅片兩側(cè)都有呈輻射狀分布的凸肋，細(xì)密的肋除增大外表面積之外，能充分利用冷凝表面張力作用及促進(jìn)液膜的對(duì)流換熱。圖7 徑向輻射肋管徑向輻射肋管尖銳的前緣，從頂部到根部肋表面曲率逐漸變化；肋間有寬槽用以收集凝結(jié)液；在縱管沿垂直方向安裝分段排液盤(pán)以便凝結(jié)液早脫落。 7.1.2 7.1.2 管

8、內(nèi)凝結(jié)傳熱的強(qiáng)化管內(nèi)凝結(jié)傳熱的強(qiáng)化對(duì)比光滑管，其管內(nèi)壓降的提高比冷凝傳熱系數(shù)的提高更顯著，因而強(qiáng)化冷凝傳熱效能不高其具有相對(duì)較低的管內(nèi)壓降和高的冷凝傳熱強(qiáng)化性能，是強(qiáng)化管內(nèi)冷凝傳熱的最佳管型管內(nèi)結(jié)構(gòu)翅片及溝槽斷面均為梯形翅片斷面為三角形溝槽斷面為梯形翅片均為二維結(jié)構(gòu)之前的低肋管、鋸齒形翅片管、CCS管還有GEWA-TX管，均由于管外傳熱系數(shù)大幅度提高，熱阻已從管外側(cè)轉(zhuǎn)移到管內(nèi)水側(cè)。為了促進(jìn)管內(nèi)水側(cè)的換熱，已不是采用提高水速的辦法，而是將管子加工成內(nèi)壁呈各種形狀的凸肋，通過(guò)擾流破壞邊界層來(lái)達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。下面是幾種管內(nèi)強(qiáng)化傳熱管管內(nèi)強(qiáng)化傳熱管令水在管內(nèi)流動(dòng)形成螺旋流，使邊界令水在管內(nèi)流動(dòng)形成

9、螺旋流，使邊界層分離、減薄，使水側(cè)傳熱得以強(qiáng)化。層分離、減薄，使水側(cè)傳熱得以強(qiáng)化。減少由于管外扎槽對(duì)管外可加工面減少由于管外扎槽對(duì)管外可加工面積減少的影響，盡可能減少管內(nèi)水積減少的影響，盡可能減少管內(nèi)水側(cè)的流動(dòng)阻力。側(cè)的流動(dòng)阻力。DAE-2管目前被廣泛用于制造國(guó)產(chǎn)冷水機(jī)組的換熱器。它為波紋狀單螺旋內(nèi)槽管，管內(nèi)表面加工有螺旋微槽，且在管外軋有一條大螺紋DAEC管為波紋狀交叉螺旋內(nèi)槽管，與DAE-2不同的是在其內(nèi)表面加工有兩組相互交叉的螺旋微槽。DAEC管平均傳熱系數(shù)比DAE-2管提高10%。主要原因：主要原因： DAEC管比DAE-2管換熱面積更大；DAEC管提供了更多的排液途徑，有利于凝結(jié)液排

10、走，肋尖端的波液膜區(qū)域更多：DAEC管中兩組微槽相互交叉，對(duì)凝結(jié)液的擾動(dòng)更猛烈。7.2 沸騰傳熱的強(qiáng)化沸騰傳熱的強(qiáng)化沸騰沸騰容積沸騰容積沸騰表面沸騰表面沸騰池內(nèi)沸騰池內(nèi)沸騰流動(dòng)沸騰流動(dòng)沸騰發(fā)生在大容器中發(fā)生在大容器中且不發(fā)生定向流動(dòng)且不發(fā)生定向流動(dòng)發(fā)生在液體通過(guò)發(fā)生在液體通過(guò)管道做定向運(yùn)動(dòng)管道做定向運(yùn)動(dòng)發(fā)生在液體容積發(fā)生在液體容積內(nèi)部，且不存在內(nèi)部，且不存在固體加熱表面固體加熱表面無(wú)論是池內(nèi)沸騰還是流動(dòng)沸騰，液體沸騰都存在3種工況：核態(tài)沸騰核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰和膜態(tài)沸騰。核態(tài)池沸騰是液體沸騰換熱中最基本的一種沸騰過(guò)程。核態(tài)池沸騰換熱有著很強(qiáng)的工業(yè)應(yīng)用景，而且也是最簡(jiǎn)單的一種沸騰換熱方式。7.2.

11、1 沸騰傳熱技術(shù)的研究沸騰傳熱技術(shù)的研究核態(tài)池沸騰換核態(tài)池沸騰換熱的機(jī)理模型熱的機(jī)理模型對(duì)流類(lèi)比模型對(duì)流類(lèi)比模型氣液交換機(jī)理氣液交換機(jī)理液體微層汽化機(jī)理液體微層汽化機(jī)理核態(tài)沸騰換熱的復(fù)合核態(tài)沸騰換熱的復(fù)合沸騰表面的活化核心沸騰表面的活化核心一般認(rèn)為，加熱壁面上總是存在著各種傷痕、裂縫和加工的痕跡，因此會(huì)形成許多大小不等的微小凹坑。當(dāng)凹坑內(nèi)的氣泡核心長(zhǎng)大到露出凹坑口部，且露出凹坑口部的小氣泡半徑大于或等于給定液體所對(duì)應(yīng)的臨界氣泡半徑時(shí)，氣泡核心才能繼續(xù)長(zhǎng)大。這樣的凹坑稱(chēng)為活化核心活化核心。7.2.2 池沸騰強(qiáng)化傳熱技術(shù)池沸騰強(qiáng)化傳熱技術(shù)a.換熱面的加工方法b.表面粗糙度c.材料特性d.新舊程度a.氣體壓力高能使 汽化核心增多b.流體與換熱表面的接觸角小對(duì)水平放置的管束，由于上升的蒸氣在上部流速較大，引起了附加擾動(dòng)，上部比下部傳熱系數(shù)高7.2.3 7.2.3 流動(dòng)沸騰強(qiáng)化傳熱技術(shù)流動(dòng)沸騰強(qiáng)化傳熱技術(shù)影響流動(dòng)沸騰傳熱的主要因素：流速、熱流密度、熱力學(xué)干度，換熱面形狀、幾何結(jié)構(gòu)尺寸、工質(zhì)流動(dòng)方式。 下面介紹一些強(qiáng)化流動(dòng)沸騰傳熱強(qiáng)化流動(dòng)沸騰傳熱的方法1.各種特殊加工和處理的表面各種特殊加工和處理的表面2.肋化表面肋化表面 通過(guò)附加肋片擴(kuò)大傳熱面積來(lái)減少對(duì)流換熱熱阻，從而達(dá)通過(guò)附加肋片擴(kuò)大傳熱面積來(lái)減少對(duì)流換熱熱阻，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。到強(qiáng)化傳熱的目的。3.移植式強(qiáng)化物移植式強(qiáng)化物將強(qiáng)化