《传热学》第7章_相变对流传热概要.ppt

* * * * * * * * 第7章 相变对流传热 7.1 凝结传热的模式 7.2 膜状凝结分析解及计算关联式 7.3 膜状凝结的影响因素及其传热 强化 7.4 沸腾传热的模式 7.5 大容器沸腾传热的实验关联式 7.6 沸腾传热的影响因素及强化 7.7 热管简介 第7章 相变对流传热 引入： 对流传热 强制对流传热 自然对流传热 凝结传热 沸腾传热 无相变 有相变 传热原理本质上不同 内容： 重点： 1. 凝结传热的模式、分析解、影响因素及强化策略 2. 沸腾传热的模式、影响因素及强化策略 3. 相变传热在热管中的应用 1. 凝结与沸腾过程的基本特点 2. 凝结传热的分析解及其应用 3. 强化凝结与沸腾传热过程的基本思想和主要的实现技术。 第7章 相变对流传热 7.1 凝结传热的模式 7.1.1 珠状凝结与膜状凝结 凝结传热：蒸气与低于饱和温度的壁面接触时的凝结方式。 膜状凝结：凝结液体能很好地润湿壁面，在壁面上铺展成液膜。 凝结放出的潜热必须穿过液膜才能传到冷却壁面上，液膜层 是传热的主要热阻 珠状凝结：当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体就在壁面上 形成小液珠。 凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上 润湿能力 比较强 润湿能力 比较差 第7章 相变对流传热 7.1.2 凝结液构成了蒸气与壁面间的主要热阻 g g 无论是膜状凝结还是珠状凝结，凝结液体都是构成蒸气 与壁面交换热量的热阻载体。 在减小凝结热阻方面，珠状凝结相比与膜状凝结具有很 大的优越性： 液珠的直径很小，空出大量壁面与蒸气直接接触； 液珠不断增大，会在重力作用下滚下； 在滚动过程中扫除了沿途的液珠。 膜状凝结会产生连续的液膜，且厚度随着重力不断增大 膜状凝结的热阻通常比珠状凝结大一个数量级以上， 膜状凝结的表面传热系数的数量级为“成千上万”，而 珠状凝结的表面传热系数可以高达几十万！ 第7章 相变对流传热 珠状和膜状凝结的异同： 1. 产生原因不同（液体与壁面浸润程度） 2. 换热强度不同 3. 珠状凝结不持久，工程中主要采用膜状凝结作为设计依据。 珠状凝结的关键问题是在常规金属表面上难以产生与维持！！ 7.1.3 膜状凝结是工程设计的依据 常用蒸气在洁净的条件下都能得到膜状凝结。 实现起来较容易且计算简单，因此，采用膜状凝结的计算式作为设计的依据。 强化传热的主要途径是减薄液膜的厚度！！！ 第7章 相变对流传热 7.2 膜状凝结分析解及计算关联式 7.2.1 努塞尔的蒸气层流膜状凝结分析解(温度、传热系数及动量分布) 1. 对实际问题的简化假设 努塞尔的分析是对纯净的饱和蒸气在均匀壁温的竖直表面上的层流 膜状凝结给出的.作出以下8个假设:(1)常物性;(2) 蒸气是静止的;(3)液膜 的惯性力可以忽略;(4)气液界面上无温度差;(5)膜内温度分布是线性的; (6)液膜的过冷度可以忽略;(7) ρv明显小于ρl;(8)液膜表面平整无波动。 2. 边界层方程组的简化 凝结液膜的流动和传热符合边界层的薄层性质。以竖壁的膜状凝结 为例，把坐标x取为重力方向。在稳态情况下，控制方程为： 假设3舍去5-16左方 假设2得dp/dx=ρvg 假设7舍去ρvg 假设5舍去5-17的左方 有了两个未知量u、t,舍去公式(5-15)。 第7章 相变对流传热 边界条件： 以上简化采用了1~5，7六个假设，假设8也隐含在其中：上述分析只 对液膜表面无波纹时才适用；假设6将在下面的分析中使用。 3. 主要求解过程与结果 将动量方程和能量方程做二次积分，可得 未知的液膜厚度，首先要得 到δ随x的变化情况。 对dx段进行质量平衡分析，通过l界面处宽度为1m的 壁面凝结液体的质量流量为： 第7章 相变对流传热 对质量流量进行求导，得到dx微元段上的质量流量的增量为 通过厚度为δ的液膜的导热=dqm的凝结液体释放出来的潜热 凝结液体释放 的汽化潜热 通过液膜的导热 包含假设(6) 上面公式关于液膜厚度的常微分方程，积分可得： 局部表面传热系数为 整个竖壁上的温差ts-tw为常数，因此，整个 竖壁的平均表面传热系数为： 液膜层流时竖壁膜状凝结的努塞尔理论解， 如果有倾角φ的话，直接改为gsin φ即可。 第7章 相变对流传热 7.2.2 竖直管与水平管的比较及实验验证 1. 水平圆管及球表面的凝结传热表面传热系数 努塞尔理论推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结，平均表面传 热系数分别为： 除相变热按蒸气饱和温度ts确定外，其它物性均取膜层平均