有相變傳熱系數(shù)的計(jì)算

1、大空間自然對(duì)流傳熱大空間自然對(duì)流傳熱蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流給熱蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流給熱保溫層的臨界直徑保溫層的臨界直徑1、大空間自然對(duì)流傳熱過(guò)程、大空間自然對(duì)流傳熱過(guò)程0(Pr)nCGrd各種情況下的各種情況下的C、n及特征尺寸及特征尺寸d0的取值見書上附表的取值見書上附表4.3.2。水蒸汽冷凝傳熱是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的一種加熱方式。研究水蒸汽冷凝傳熱的規(guī)律，有效提高水蒸汽的傳熱效率，可以達(dá)到能源充分利用的目的。水蒸汽冷凝是一種常見的自然現(xiàn)象，例如水蒸汽在玻璃杯壁面上的凝結(jié)、冬季水蒸汽在玻璃窗上的凝結(jié)現(xiàn)象。l2 蒸汽冷凝傳熱過(guò)程蒸汽冷凝傳熱過(guò)程蒸汽冷凝換熱器蒸汽冷凝換熱器1列管式換熱器水蒸汽水蒸汽入口入

2、口物料入物料入口口冷凝液冷凝液出口出口物料出物料出口口蒸汽冷凝傳熱規(guī)律板式換熱器水蒸汽水蒸汽入口入口物料入物料入口口冷凝液冷凝液出口出口物料出物料出口口蒸汽冷凝換熱器蒸汽冷凝換熱器2蒸汽冷凝傳熱規(guī)律 冷凝液膜描述冷凝液膜描述：知識(shí)回顧：知識(shí)回顧：導(dǎo)熱速率與壁面厚度成反比；導(dǎo)熱速率與壁面厚度成反比；穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，對(duì)流傳熱的傳熱速率取穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，對(duì)流傳熱的傳熱速率取決于層流底層的導(dǎo)熱速率；決于層流底層的導(dǎo)熱速率；層流底層越薄，傳熱系數(shù)越大層流底層越薄，傳熱系數(shù)越大蒸汽冷凝傳熱規(guī)律溫度變化特點(diǎn)：溫度變化特點(diǎn)：蒸汽內(nèi)部的溫度均一，為飽和溫度；蒸汽內(nèi)部的溫度均一，為飽和溫度；溫度變化主要集中在液膜內(nèi)溫度變

3、化主要集中在液膜內(nèi)。TsTwTsTw垂直壁面垂直壁面(豎板豎板or豎管豎管)上的冷凝傳熱系數(shù)變化規(guī)律上的冷凝傳熱系數(shù)變化規(guī)律Q層流層流湍流湍流(液膜流動(dòng)液膜流動(dòng))L(傳熱系數(shù)傳熱系數(shù))層流區(qū)，液膜內(nèi)的傳熱以導(dǎo)熱方式導(dǎo)熱方式進(jìn)行湍流主體，對(duì)流傳熱；層流底層，導(dǎo)熱層流膜厚增加，傳熱系數(shù)減小流體湍動(dòng)程度越大，層流底層厚度越薄層流底層厚度增加，傳熱系數(shù)減小蒸汽冷凝傳熱規(guī)律TsTw由上述分析可知：冷凝液膜層流層或?qū)恿鞯讓釉奖。羝淠膫鳠嵯禂?shù)越大強(qiáng)化蒸汽冷凝傳熱的措施：減少冷凝液膜層流層或?qū)恿鞯讓拥暮穸仍O(shè)法獲得設(shè)法獲得滴狀冷凝滴狀冷凝，如，如在冷凝壁面上生成疏水涂層，可提高傳熱系數(shù)在冷凝壁面上生成疏水

4、涂層，可提高傳熱系數(shù)10倍倍左右左右；高速蒸汽噴射壁面，高速蒸汽噴射壁面，將液膜吹薄將液膜吹薄；在傳熱壁面上開縱向凹槽在傳熱壁面上開縱向凹槽冷凝液借重力順槽下降冷凝液借重力順槽下降；沿縱向裝金屬絲沿縱向裝金屬絲or直翅片，直翅片，加快冷凝液的下流速度加快冷凝液的下流速度。蒸汽冷凝傳熱規(guī)律簡(jiǎn)化假設(shè)：簡(jiǎn)化假設(shè)： 豎壁面豎壁面TW=const. 壁面上液體溫度壁面上液體溫度=TW； 汽、液界面處溫度為汽、液界面處溫度為TS； 冷凝過(guò)程中，冷凝液物性冷凝過(guò)程中，冷凝液物性、=const.；特點(diǎn)：層流特點(diǎn)：層流熱量主要以熱傳導(dǎo)方式穿熱量主要以熱傳導(dǎo)方式穿過(guò)液膜。過(guò)液膜。 可在簡(jiǎn)化前提下，通過(guò)解析方法推可

5、在簡(jiǎn)化前提下，通過(guò)解析方法推導(dǎo)出導(dǎo)出 計(jì)算式計(jì)算式實(shí)驗(yàn)修正。實(shí)驗(yàn)修正。L1）液膜呈層流）液膜呈層流(Re2100)時(shí)的時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)蒸汽的密度遠(yuǎn)小于液體的密度蒸汽的密度遠(yuǎn)小于液體的密度v2100)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù) 目前，還目前，還完全依靠實(shí)驗(yàn)完全依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)得測(cè)得. 水平管外的冷凝水平管外的冷凝 因管徑通常較小因管徑通常較小蒸汽在水平管外冷凝時(shí)，液膜一般呈層流狀態(tài)。蒸汽在水平管外冷凝時(shí)，液膜一般呈層流狀態(tài)。1) 單根水平管外層流膜狀冷凝單根水平管外層流膜狀冷凝4/1032725.0Tdg平均4/1064.0dL垂直水平d0：管外徑：管外徑2) 水平管束外對(duì)流傳熱系數(shù)

6、水平管束外對(duì)流傳熱系數(shù)管束間影響復(fù)雜管束間影響復(fù)雜 特點(diǎn)：第一排管特點(diǎn)：第一排管其冷凝情況與水平放置的單根其冷凝情況與水平放置的單根 圓管相同；圓管相同； 其它各排其它各排其冷凝情況要受到它上面各排其冷凝情況要受到它上面各排 管子流下的冷凝液影響。管子流下的冷凝液影響。 目前，對(duì)管束間的影響還未總結(jié)出普遍適用的規(guī)律。目前，對(duì)管束間的影響還未總結(jié)出普遍適用的規(guī)律。對(duì)純蒸汽冷凝對(duì)純蒸汽冷凝熱阻集中在液膜內(nèi)熱阻集中在液膜內(nèi)凡影響液膜狀況凡影響液膜狀況 冷凝冷凝Re冷凝冷凝物性、物性、T；ug、流向、過(guò)熱；、流向、過(guò)熱；不凝氣；不凝氣；傳熱面的形狀與布置。傳熱面的形狀與布置。設(shè)法獲得設(shè)法獲得滴狀冷凝滴

7、狀冷凝；高速蒸汽高速蒸汽噴射壁；噴射壁；吹成吹成霧狀冷凝液霧狀冷凝液等。等。 影響冷凝傳熱的主要因素及冷凝傳熱過(guò)程的影響冷凝傳熱的主要因素及冷凝傳熱過(guò)程的強(qiáng)化強(qiáng)化流體物性與液膜兩側(cè)傳熱溫差的影響流體物性與液膜兩側(cè)傳熱溫差的影響 ： ： ： ： T：2) 蒸汽流速與流向的影響蒸汽流速與流向的影響 蒸汽蒸汽u，蒸汽與液膜間摩擦力作用不能忽略，且，蒸汽與液膜間摩擦力作用不能忽略，且u的影響隨蒸汽壓強(qiáng)的影響隨蒸汽壓強(qiáng)加劇。加劇。 向下流，蒸汽與液膜流動(dòng)方向相同向下流，蒸汽與液膜流動(dòng)方向相同 冷凝冷凝； 向上流，向上流，u不大時(shí)，阻礙液膜流動(dòng)，不大時(shí)，阻礙液膜流動(dòng)， ，冷凝冷凝； u，液膜被吹離壁面液膜

8、被吹離壁面， 冷凝冷凝。液膜波動(dòng)3) 不凝氣的影響不凝氣的影響 不凝氣在液膜與蒸汽之間形成一層氣膜(冷卻過(guò)程)附加熱阻， 冷凝。 通常在靜止的蒸汽中，當(dāng)不凝氣含量?jī)H為1%時(shí)冷凝傳熱系數(shù)降低60%左右。 在冷凝器的設(shè)計(jì)中，蒸汽冷凝側(cè)設(shè)排氣孔定期排放不凝氣。 4) 蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱(TVTS)的影響的影響 過(guò)熱蒸汽的冷凝 但液膜內(nèi)傳熱溫差仍為TS-TW； 通常過(guò)熱蒸汽冷凝按飽和蒸汽冷凝處理計(jì)算誤差在實(shí)際工程計(jì)算中忽略。過(guò)熱蒸汽冷卻(TV-TS)；飽和蒸汽的冷凝TS；wssvvTTTTTc5) 傳熱面的形狀與布置傳熱面的形狀與布置強(qiáng)化冷凝傳熱強(qiáng)化冷凝傳熱強(qiáng)化冷凝傳熱過(guò)程冷凝的主要途徑液膜厚度。 水平

9、管：傾斜排列冷凝液盡可能沿各排管切向流過(guò)；減少垂直方向上管排數(shù)；垂直管：縱向凹槽凝液借重力順槽下降；沿縱向裝金屬絲or直翅片； 加熱面的布置加熱面的布置 如：水平管束如：水平管束下排管表面上產(chǎn)生的汽泡向上浮升，引起對(duì)上排管的下排管表面上產(chǎn)生的汽泡向上浮升，引起對(duì)上排管的附加擾動(dòng)附加擾動(dòng) 水平管束水平管束 單管單管。 擾動(dòng)程度：液體沸騰壓強(qiáng)、熱負(fù)荷、液體性質(zhì)、管排間距等。擾動(dòng)程度：液體沸騰壓強(qiáng)、熱負(fù)荷、液體性質(zhì)、管排間距等。212212ln 2lniooaiooaTTQLA TTrrTTLdLTTdd 3. 保溫層的臨界直徑保溫層的臨界直徑TiTor1r2L212ln12iaTTQddLdL 2222212112() ()2()ln1iaL TTdddQdd ddd20()dQd d時(shí)，有：22d，Q有極值。本本 節(jié)節(jié) 小小 結(jié)結(jié)1 蒸汽冷凝傳熱過(guò)程特點(diǎn)：蒸汽冷凝傳熱過(guò)程特點(diǎn)： 傳熱、相變相伴發(fā)生傳熱、相變相伴發(fā)生 有相變有相變 無(wú)相變無(wú)相變；2 膜狀冷凝傳熱膜狀冷凝傳熱熱阻熱阻幾乎全部集中在冷凝液膜內(nèi)幾乎全部集中在冷凝液膜內(nèi) T也也只在液膜內(nèi)存在；只在液膜內(nèi)存在；3 雖然雖然滴滴膜膜 ，但因滴狀冷凝難以保持，但因滴狀冷凝難以保持工業(yè)冷凝器的工業(yè)冷凝器的設(shè)計(jì)均按膜狀冷凝設(shè)計(jì)均按膜狀冷凝考慮；考慮