对流换热—相变对流换热（热力学基础）.pptx

沸腾换热

沸腾换热当液体与高于其饱和温度的热壁面接触时，就会吸收汽化潜热，有液体变化为气态，此现象即为沸腾换热。在发电厂中的水冷壁中饱和水与管壁之间的换热都是沸腾换热。

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大容器沸腾换热特点01大容器沸腾换热的四个阶段02目录Content临界热负荷03大容器沸腾换热的计算04

01大容器沸腾换热特点

沸腾换热加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中，热量从加热面传入使水受热，温度升高。当温度升高到一定数值时，就会在加热面上的局部地方开始产生汽泡。如果汽泡能自由上升，并在上升过程中不受液体流动的影响，液体的运动只是由自然对流和汽泡的扰动引起，这种沸腾现象就称为大容器沸腾，

沸腾换热汽泡在壁面上时，热量经由与壁面直接接触的汽泡表面传给汽泡；汽泡脱离壁面后，热量由壁面→液体→汽泡表面→使液体在汽泡壁上汽化。汽泡脱离壁面时直径的大小与液体润湿壁面的能力有关。对于润湿能力强的液体，生成的汽泡呈球形，附着于壁面的面积小，汽泡易脱离壁面，脱离直径也较小，传热量大；相反，润湿能力弱的液体，汽泡有较大的表面积附着于壁面，汽泡不易脱离，脱离直径也较大，传热量低。

02大容器沸腾换热的四个阶段

沸腾换热以一个大气压下饱和水的沸腾为例。根据壁面过热度的不同，饱和水的沸腾可以分成自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾四个阶段

沸腾换热液态居中，因此当气体离液态区越远，分子间距越大分子间作用力越小，就可以看做理想气体。当壁面过热度△t比较低时(小于4℃)，加热面表面的液体轻微过热，产生的汽泡不多，且产生的汽泡不能脱离壁面上浮，这时是被加热的液体向上浮升，形成自然对流，换热遵循单相自然对流换热规律。液面发生表面蒸发。换热系数和热流密度随△t增大而缓慢上升。1.自然对流(过冷沸腾)阶段

沸腾换热液态居中，因此当气体离液态区越远，分子间距越大分子间作用力越小，就可以看做理想气体。该段的特点是：温差小，换热强度大，工业设备中的沸腾大多数处于这一阶段。2.核态沸腾阶段随着壁面过热度△t的增大，加热面上汽化核心的数目增多，汽泡数量显著增加。大量汽泡的产生和运动，使沸腾液体受到剧烈扰动，从而使换热系数迅速增大。对应壁面过热度约4~30℃。

沸腾换热液态居中，因此当气体离液态区越远，分子间距越大分子间作用力越小，就可以看做理想气体。3.过渡沸腾阶段D点对应的温差约为120℃。从C点以后，进一步提高△t，热流密度不升反降。原因是：汽泡的生长速度大于汽泡跃离加热面的速度，生成的汽泡太多，使汽泡聚集形成一层不稳定的蒸汽膜，交替覆盖在加热面上。因蒸汽的热导率很小，故这层蒸汽膜的导热热阻很大，阻碍了液体与加热面的直接接触，使换热情况恶化，换热系数与热流密度迅速下降。这种情况持续到D点，达到热流密度的最低值为止。

沸腾换热液态居中，因此当气体离液态区越远，分子间距越大分子间作用力越小，就可以看做理想气体。从D点以后，随着△t的上升，汽泡生长速度与跃离速度趋于平衡。此时，在加热面上形成稳定的蒸汽膜层，这时汽化使在气膜与液体的交界面上进行，产生的蒸汽有规律地脱离膜层。汽膜中的热量传递不仅有导热，而且有对流；由于热表面的温度相当高，辐射的作用显现出来，随△t的增加，热流密度重新转为上升，换热系数基本保持不变。到E点，加热表面的温度已高达1000℃以上，该点也对应临界热流密度。4.稳定膜态沸腾阶段

03临界热负荷

沸腾换热由核态沸腾转变为膜态沸腾的转折点C点称为沸腾换热的临界点。这一状态所对应的温差、换热系数和热负荷的数值，分别称为临界温差、临界换热系数和临界热负荷。临界点的确定在工程上有很重要的实际意义。对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备(如电加热液体、炉膛燃烧产物辐射加热水冷壁中的水、核反应堆中燃料棒加热冷却水等)，当热流密度超过qc时会发生这样的现象：由于热流密度无法随过热度的增加而减少，工况将不再按沸腾曲线由C点向D点过度，而是由C点直接跳转到同一热流密度qc下的点E。从沸腾曲线可以看出，此时对传热面来讲，传热温差△t将从20℃增加到1000℃，可能导致设备瞬间烧毁，所以必须严格控制监视q，确保在安全工作范围内。C点也称为烧毁点，

04大容器沸腾换热的计算

沸腾换热在(0.2-101)×105Pa压力下水的大容器核态沸腾的对流换热系数计算公式为△t为壁面的过热度，℃；q为壁面的热流密度，W/m2；p为沸腾的绝对压力，Pa。

凝结换热

凝结换热当饱和蒸汽与低于饱和温度的冷壁面接触时，就会放出汽化潜热，凝结成液体附着在壁面上，此现象即为凝结换热。在发电厂中的凝汽器、回热加热器内，水蒸气与管壁之间的换热都是凝结换热。

凝结换热珠状凝结膜状凝结凝结换热珠状凝凝结中，蒸汽与壁面直接接触，