單相液體強(qiáng)制對流換熱液體溫度低于飽和溫度課件

第五章管道中強(qiáng)制對流沸騰換熱強(qiáng)制傳熱技術(shù)§5.1概述管式蒸發(fā)器蒸餾器核反應(yīng)堆10/7/20231第五章管道中強(qiáng)制對流沸騰換熱強(qiáng)制傳熱技術(shù)§5.1概述管1.特點(diǎn)（1）沸騰換熱和對流換熱一起發(fā)生，換熱機(jī)理復(fù)雜；（2）氣泡脫離直徑減小，氣泡的脫離頻率增高，氣泡表面變形；（3）沸騰流體沿著受熱管道流動時，液體吸熱不斷蒸發(fā)，汽液混合物中的含汽率、流速和流動結(jié)構(gòu)都沿流程不斷發(fā)生變化，將影響氣泡的生成、成長和脫離；（4）局部換熱系數(shù)沿管道長度不斷變化。10/7/202321.特點(diǎn)10/6/202322.垂直圓管A區(qū)：單相液體強(qiáng)制對流換熱液體溫度低于飽和溫度，管壁溫度也低于汽化所需溫度。B區(qū)：過冷沸騰液體主流溫度仍低于飽和溫度，管壁溫度高于飽和溫度，足以產(chǎn)生氣泡。但氣泡脫離壁面后進(jìn)入過冷液體時即凝結(jié)消失。氣泡的產(chǎn)生和消失對液體起到擾動作用，是換熱系數(shù)增高。10/7/202332.垂直圓管A區(qū)：單相液體強(qiáng)制對流換熱B區(qū)：過冷沸騰10/C區(qū)和D區(qū)：氣泡狀沸騰換熱管中液體平均溫度等于相應(yīng)壓力下的飽和溫度，而管壁溫度具有足夠的過熱度。此時生成的氣泡沿管長增多，流動結(jié)構(gòu)由細(xì)胞狀流動、氣彈狀流動發(fā)展到環(huán)狀流動的初期階段。在此區(qū)域中換熱主要靠氣泡自壁面吸收蒸發(fā)熱和一部分過熱液體被氣泡帶入主流的方式進(jìn)行。E區(qū)：流動液膜蒸發(fā)換熱隨著蒸汽量進(jìn)一步增加，蒸汽在管子中心形成一個氣柱，而大部分水以環(huán)狀液膜形式沿管壁流動。此時管壁熱量通過水膜的導(dǎo)熱傳到汽水分界面上。管壁上無氣泡產(chǎn)生，汽化在液膜和蒸汽分界面上進(jìn)行。10/7/20234C區(qū)和D區(qū)：氣泡狀沸騰換熱E區(qū)：流動液膜蒸發(fā)換熱10/6/2F區(qū)：蒸干現(xiàn)象由于液膜不斷蒸發(fā)被管子核心部分氣流卷走的結(jié)果，沿管長上液膜越來越薄，最后管壁上液膜完全消失。G區(qū)：濕蒸汽強(qiáng)制對流換熱在管壁剛蒸干時，由于管壁與蒸汽直接接觸，換熱系數(shù)迅速下降，管壁溫度急劇增高。此時蒸汽中尚含液滴，流體溫度仍處于飽和溫度，換熱系數(shù)的數(shù)值主要由蒸汽流速確定。隨著工質(zhì)繼續(xù)受熱，蒸汽量沿管長進(jìn)一步增大，蒸汽流速也將增加。因而換熱系數(shù)沿管長略增，且管壁溫也稍有下降。在此區(qū)中流體呈霧狀流動。10/7/20235F區(qū)：蒸干現(xiàn)象G區(qū)：濕蒸汽強(qiáng)制對流換熱10/6/20235H區(qū)：無相變過熱蒸汽強(qiáng)制對流換熱濕蒸汽中的液滴已全部蒸發(fā)完畢，蒸汽被加熱成過熱蒸汽。隨著工質(zhì)繼續(xù)受熱，沿管長上汽溫及壁溫均逐漸增大，而換熱系數(shù)也因汽速增大而略增。10/7/20236H區(qū)：無相變過熱蒸汽強(qiáng)制對流換熱10/6/202363.水平圓管液體進(jìn)口溫度略低于飽和溫度，所以進(jìn)口處為單相液體。由于工質(zhì)受蒸發(fā)，沿著流動方向隨著蒸汽量逐漸增大。汽液兩相流流動結(jié)構(gòu)逐漸由細(xì)胞狀流動結(jié)構(gòu)、氣塞狀流動結(jié)構(gòu)、氣彈狀流動結(jié)構(gòu)、波狀流動結(jié)構(gòu)發(fā)展為環(huán)狀流動結(jié)構(gòu)。如果繼續(xù)受熱，壁上液膜將出現(xiàn)蒸干現(xiàn)象，而后汽液兩相流動發(fā)展成為霧狀流動，最后成為單相過熱蒸汽流動。各種流動結(jié)構(gòu)由于重力的影響都呈現(xiàn)出偏心現(xiàn)象，管子下部液體較多，上部氣體較多。10/7/202373.水平圓管液體進(jìn)口溫度略低于飽和溫度，所當(dāng)流動結(jié)構(gòu)為波狀時，管子上部會周期性地發(fā)生時而和蒸汽接觸時而和水膜接觸的現(xiàn)象。由于蒸汽換熱性能比液體差得多，管壁在蒸氣接觸期間會引起管壁溫度突然升高。在環(huán)狀流動結(jié)構(gòu)中，當(dāng)管子中流速不高時，管子上部將和蒸汽直接接觸，這種工況對管子金屬同樣不利。在進(jìn)口流速較高時，水平管中汽液兩相流動結(jié)構(gòu)的不對稱性可以得到改善。流速越高，流動結(jié)構(gòu)就越對稱，越接近于垂直管中的流型。10/7/20238當(dāng)流動結(jié)構(gòu)為波狀時，管子上部會周期性地發(fā)生時4.管道內(nèi)沸騰換熱計(jì)算4.1單相流體強(qiáng)制對流換熱計(jì)算按照液體強(qiáng)制對流換熱計(jì)算4.2過冷沸騰換熱計(jì)算JensThom水※其他流體應(yīng)用池沸騰換熱公式計(jì)算10/7/202394.管道內(nèi)沸騰換熱計(jì)算4.1單相流體強(qiáng)制對流換熱計(jì)算按照4.3氣泡狀沸騰和流動液膜蒸發(fā)換熱計(jì)算系數(shù)，為Martinelli參數(shù)Xtt的函數(shù)10/7/2023104.3氣泡狀沸騰和流動液膜蒸發(fā)換熱計(jì)算系數(shù)，為Martin系數(shù)，按兩相雷諾數(shù)兩相雷諾數(shù)10/7/202311系數(shù)，按兩相雷諾數(shù)兩相雷諾數(shù)10/6/202311§5.2強(qiáng)化傳熱方法1.應(yīng)用換熱面表面粗糙法粗糙的換熱表面由于增多了汽化核心數(shù)目，比光滑壁面能促進(jìn)沸騰換熱過程。此法對于強(qiáng)化池沸騰換熱效果較好，但用于強(qiáng)化管內(nèi)強(qiáng)制對流沸騰換熱效果較差，在一定流速下其強(qiáng)化換熱作用消失。10/7/202312§5.2強(qiáng)化傳熱方法1.應(yīng)用換熱面表面粗糙法2.表面特殊處理法機(jī)械加工燒結(jié)法管子內(nèi)壁形成一層多孔金屬覆蓋層10/7/2023132.表面特殊處理法機(jī)械加工燒結(jié)法管子內(nèi)壁形成一層多孔金屬覆3.流體旋轉(zhuǎn)法3.1管內(nèi)插入紐帶法10/7/2023143.流體旋轉(zhuǎn)法3.1管內(nèi)插入紐帶法10/6/2023143.2管內(nèi)插入螺旋片或螺旋線強(qiáng)化傳熱方法效果取決于線圈和管子之間的幾何尺寸的配合，此外還與工質(zhì)性質(zhì)有關(guān)10/7/2023153.2管內(nèi)插入螺旋片或螺旋線強(qiáng)化傳熱方法效3.3應(yīng)用內(nèi)螺紋管、來復(fù)線管和螺紋槽管10/7/2023163.3應(yīng)用內(nèi)螺紋管、來復(fù)線管和螺紋槽管10/6/202313.4應(yīng)用螺旋管10/7/2023173.4應(yīng)用螺旋管10/6/2023174.擴(kuò)展表面