相變對流傳熱2015簡化版

第7章相變對流換熱PhaseTransformationConvectionHeatTransfer相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!換熱特點(diǎn)以小溫差獲得大的傳熱速率；存在潛熱和浮力驅(qū)動雙重作用。第7章相變對流換熱換熱影響因素相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!7.1（表面）凝結(jié)蒸氣與低于其飽和溫度的冷（固體）表面接觸時，將汽化潛熱釋放給表面并形成凝結(jié)液的過程。gg相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!7.2膜狀凝結(jié)換熱分析速度邊界層由溫度邊界層引起，=t。gt(y)u(y)ThermalboundarylayersVelocityboundarylayers未采用Nusselt假定示意圖換熱公式

邊界層特點(diǎn)

相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!無量綱化動量方程引申思考：膜狀凝結(jié)與何種現(xiàn)象動量方程相似？可以引申出什么結(jié)論？相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!準(zhǔn)則意義Ga數(shù)【1】重力與粘性力的相對大小的一種量度；【2】膜狀凝結(jié)流動狀態(tài)的判據(jù)；Ja數(shù)【1】表征液膜顯熱降與汽化潛熱相對大小。存在爭議本書沿用膜層Re數(shù)作為判據(jù)相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!假設(shè)③忽略慣性力；假設(shè)⑤只考慮導(dǎo)熱；假設(shè)②，蒸氣靜止假設(shè)⑦忽略蒸氣密度；相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!結(jié)果與分析流速u（y）溫度t（y）未知相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!液膜厚度假設(shè)②,⑥忽略蒸氣過熱度和液膜過冷度假設(shè)⑤只考慮導(dǎo)熱，且溫度呈線性分布相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!豎壁平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

豎壁相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!7.2.3膜狀凝結(jié)分析擴(kuò)展傾斜壁表面層流膜狀凝結(jié)動量方程相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!引申思考【2】：試定性分析工程應(yīng)用中冷凝管常采用橫管布置的原因。故冷凝管通常采用橫管布置。水平管與豎直管外層流膜狀凝結(jié)的比較相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!豎壁表面凝結(jié)傳熱理論公式的修正考慮液膜表面波動無波動層流有波動層流湍流定性溫度膜溫tfilm=(tw+ts)/2，(按tsat確定，r除外)相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!流態(tài)判據(jù)引申思考：橫管膜狀凝結(jié)膜層Re數(shù)如何計(jì)算，其一般處于什么流動狀態(tài)？Re,x流動狀態(tài)相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!【例1】壓力為1.013×105Pa的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為30cm×30cm，壁溫保持98℃。計(jì)算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量。分析：由于Re為待定準(zhǔn)則，故可先假設(shè)液膜為層流。（2）凝結(jié)蒸汽量（1）換熱量相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!【例1】壓力為1.013×105Pa的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為30cm×30cm，壁溫保持98℃。計(jì)算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量?！?】確定表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)豎壁層流膜狀凝結(jié)相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!【例1】壓力為1.013×103Pa的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為30cm×30cm，壁溫保持98℃。計(jì)算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量?！?】換熱量【5】凝汽量相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!7.3膜狀凝結(jié)傳熱強(qiáng)化換熱影響因素剖析凝結(jié)換熱驅(qū)動力【1】液膜導(dǎo)熱熱阻是膜狀凝結(jié)的主要熱阻相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!定義

tw>tsat,工質(zhì)內(nèi)部固液界面上形成大量汽泡的汽化過程。7.4沸騰換熱分類

按流動動力

大容器沸騰（池沸騰）受迫對流沸騰*

按流體主體溫度

過冷沸騰飽和沸騰

相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!7.4.1大容器沸騰▲飽和池沸騰蒸氣固體液體ytytsattwo飽和池沸騰溫度分布相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!沸騰曲線(控制熱流)1410301001201000q/(w?m-2)103104105106自然對流核態(tài)沸騰過渡沸騰膜態(tài)沸騰AEDBCF臨界熱流密度加熱曲線冷卻曲線燒損點(diǎn)引申思考：試從熱流可控和壁溫可控角度闡釋qmax的工程意義。相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!【1】汽泡得以存在與長大，汽泡外液體必須過熱?！?】壁面凹穴是形成汽化核心最佳位置。汽泡存在條件相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!7.4.3沸騰換熱強(qiáng)化強(qiáng)化沸騰換熱基本原則強(qiáng)化表面，盡量增加汽化核心強(qiáng)化措施【1】通過物化方法在表面形成多孔涂層；【2】采用機(jī)械加工方法造成多孔結(jié)構(gòu)。圖例參見330-331相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!7.1（表面）凝結(jié)根據(jù)表面浸潤狀況膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)*gg根據(jù)膜層發(fā)展外部凝結(jié)內(nèi)部凝結(jié)*蒸氣凝結(jié)液蒸氣速度較低蒸氣凝結(jié)液蒸氣速度較高相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!控制方程l—液相v—?dú)庀嗪雎哉魵饬鲃樱吔鐚油?/p>

7.2.1豎壁膜狀凝結(jié)換熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式形式相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!無量綱化控制方程組膜狀凝結(jié)換熱特征關(guān)聯(lián)式函數(shù)形式參考速度準(zhǔn)則形式相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!常物性參數(shù)；靜止純飽和蒸汽；忽略液膜的慣性力；界面液膜溫度等于飽和溫度Tsat；液膜內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱；忽略液膜的過冷度；忽略蒸汽密度；層流，液膜表面平整無波動Nusselt假定

7.2.2基于Nusselt假定豎壁層流膜狀凝結(jié)數(shù)學(xué)表述（等壁溫）相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!控制方程邊界條件假設(shè)②交界面切應(yīng)力忽略不計(jì)假設(shè)④液膜界面溫度=tsat相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!x處單位寬度質(zhì)量流量qm,x相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!總凝結(jié)速率

方法一

方法二

相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!

水平圓管表面層流膜狀凝結(jié)

豎直圓管表面層流膜狀凝結(jié)引申思考【1】:采用與豎壁相同的公式，需滿足何種條件？單橫管膜態(tài)凝結(jié)相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!球表面層流膜狀凝結(jié)*單橫管膜態(tài)凝結(jié)相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!7.2.4湍流膜狀凝結(jié)換熱膜層Re數(shù)能量守恒待定準(zhǔn)則相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!換熱計(jì)算實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式定性溫度：Prw

采用tw，其余采用tsat時凝結(jié)液的物性參數(shù)

相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!【例1】壓力為1.013×105Pa的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為30cm×30cm，壁溫保持98℃。計(jì)算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量。解：【1】確定定性溫度與物性參數(shù)根據(jù)ts=100℃，查得r=2257kJ/kg；其余物性參數(shù)按膜溫tfilm=(100+98)/2=99℃查取，得：

ρ=958.4kg/m3,η=2.825×10-4kg/(m.s),λ=0.68W/(m.K)相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!【3】核算Re準(zhǔn)則液膜為層流假定成立?！纠?】壓力為1.013×103Pa的水蒸氣在方形豎壁上凝結(jié)。壁的尺寸為30cm×30cm，壁溫保持98℃。計(jì)算每小時的熱換量及凝結(jié)蒸汽量。相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!【例2】一根長1m，外徑80mm的垂直管，其外表面暴露在常壓的飽和蒸汽中，管內(nèi)有冷水通過，表面維持在50℃。試求：【1】對冷卻液的傳熱速率；【2】蒸汽在表面上的凝結(jié)速率。分析關(guān)鍵：【1】豎管凝結(jié)換熱如何處理？【2】采用同例【1】相同的換熱公式暗含了什么假設(shè)？相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!強(qiáng)化膜狀凝結(jié)基本原則盡量減薄液膜厚度強(qiáng)化措施減薄或破壞凝結(jié)液膜；加速液膜排泄；盡可能減少不凝結(jié)氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)。盡可能實(shí)現(xiàn)珠狀凝結(jié)。圖例參見P313-314相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!換熱驅(qū)動力

過熱度換熱公式

相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)范圍沸騰曲線（控制壁溫）1410301001201000q/(w?m-2)103104105106自然對流核態(tài)沸騰過渡沸騰膜態(tài)沸騰AEFDBCDNBLeidenfrost點(diǎn)ONB相變對流傳熱2015簡化版共44頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!7.4.2大容器核態(tài)沸騰換熱關(guān)系式?jīng)Q定因素RplpsatpvR2(pv-pl)2R汽泡受力psat,tsatp