第七章凝結(jié)及沸騰換熱傳熱學(xué)課件

凝結(jié)換熱的強(qiáng)化1程錕倫§-1

凝結(jié)換熱gg一.概述凝結(jié)工質(zhì)在飽和溫度下由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的過程稱為凝結(jié).凝結(jié)形式膜狀凝結(jié):當(dāng)凝結(jié)液能很好地潤濕壁面時(shí),凝結(jié)液將形成連續(xù)的膜向下流動(dòng)2(2)

珠狀凝結(jié)當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時(shí)，則在壁面上形成許多小液珠(3)

兩種凝結(jié)形式的比較膜狀凝結(jié):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。珠狀凝結(jié):由于凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面時(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)）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)換熱大多屬于膜狀凝結(jié)，因此，教材中只簡單介紹了膜狀凝結(jié).3二.膜狀凝結(jié)換熱1.

層流膜狀凝結(jié)換熱理論解

(1)假定常物性；蒸氣靜止；液膜的慣性力忽略；氣液界面上無溫差，即液膜溫度等于飽和溫度；膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱；液膜的過冷度忽略；忽略蒸汽密度；液膜表面平整無波動(dòng)4邊界層微分方程組：下腳標(biāo)

l

表示液相gt(y)Thermal

boundarylayersu(y)Velocity

boundarylayers微元控制體x(2)理論解的推導(dǎo)5考慮（7）忽略蒸汽密度6

考慮（5） 膜內(nèi)溫度線性分布，

即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱

考慮（3）液膜的慣性力忽略

邊界條件：求解上面方程可得：(1)

液膜厚度定性溫度：注意：r

按

ts

確定7(2)

局部對(duì)流換熱系數(shù)整個(gè)豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)定性溫度：注意：r

按

ts

確定(3)

修正：實(shí)驗(yàn)表明，由于液膜表面波動(dòng)，凝結(jié)換熱得到強(qiáng)化，因此，實(shí)驗(yàn)值比上述得理論值高20％左右豎壁:8水平圓管:用

gsin?

代替以上各式中的

g 即可努塞爾的理論分析可推廣到水平圓管及球表面上的層流膜狀凝結(jié)傾斜壁:式中：下標(biāo)“

H ”表示水平管，“

S ”表示球;

d 為水平管或球的直徑。定性溫度與前面的公式相同橫管與豎管的對(duì)流換熱系數(shù)之比：9時(shí)，慣性力項(xiàng)和液膜過冷度的影響均可忽略。另外，除了對(duì)波動(dòng)的修正外，其他假設(shè)也有人做了相關(guān)的研究，如當(dāng) 并且，10無波動(dòng)層流有波動(dòng)層流湍流(1) 凝結(jié)液膜雷諾數(shù)Rec凝結(jié)液體流動(dòng)也分層流和湍流，并且其判斷依據(jù)仍然時(shí)Rec，式中：um

壁的底部液膜斷面平均流速；de

液膜層的當(dāng)量直徑。2.

層流膜狀凝結(jié)換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式11由熱平衡所以對(duì)水平管，用 代替上式中的 即可。并且橫管一般都處于層流狀態(tài)如圖12(2) 凝結(jié)準(zhǔn)則Co(3)

準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式豎壁:水平管:13三. 湍流膜狀凝結(jié)換熱液膜從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界雷諾數(shù)可定為1800。橫管因直徑較小，實(shí)踐上均在層流范圍。對(duì)湍流液膜，除了靠近壁面的層流底層仍依靠導(dǎo)熱來傳遞熱量外，層流底層之外以湍流傳遞為主，換熱大為增強(qiáng)豎壁湍流液膜段的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):14對(duì)豎壁的湍流凝結(jié)換熱，其沿整個(gè)壁面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式為：式中：hl

為層流段的傳熱系數(shù)；ht

為湍流段的傳熱系數(shù)；xc

為層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的高度l

為豎壁的總高度15四. 影響膜狀凝結(jié)的因素不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體增加了傳遞過程的阻力，同時(shí)使飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力蒸氣流速流速較高時(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，增大；反之使 減小。過熱蒸氣要考慮過熱蒸氣與飽和液的焓差。16液膜過冷度及溫度分布的非線性如果考慮過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

，管子排數(shù)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。管內(nèi)冷凝此時(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。1