研究生传热学课第7章10-1103

•蒸气含不凝气体: 蒸气含不凝气体: 蒸气含不凝气体 液膜附近聚集不凝气体， 液膜附近聚集不凝气体，增加蒸气向液膜表面扩散 的阻力；降低蒸气分子的分压力， 的阻力；降低蒸气分子的分压力，降低冷凝温度 •表面粗糙度：低Rec?,Rec>140? 表面粗糙度： 表面粗糙度 •蒸气含油 蒸气含油 •过热蒸气 过热蒸气
dv
dA
pv
σ
V=4 /3， 4π V=4πR3/3，A= 4πR2，气泡 能存在而不消失的条件： 能存在而不消失的条件：
蒸汽同低于饱和温度的冷壁接触， 蒸汽同低于饱和温度的冷壁接触，凝结为液体 有两种凝结方式： 有两种凝结方式： 膜状凝结（ condensation） 膜状凝结（film condensation）: 形成液膜，附着力> 形成液膜，附着力>表面张力 珠状凝结（ condensation） 珠状凝结（dropwise condensation）: 壁面上形成液珠。附着力< 壁面上形成液珠。附着力<表面张力 二者换热的区别？ 二者换热的区别？
x
y
MH '
g
dx
∂t λ ( ) w dx ∂y
பைடு நூலகம்
H"dM
dM dx i ' M + dx
tw
tδ ts
t s = tδ
y
dy
δ
x
(a )
x
(b)
du =0 dy
注：i’＝H’ ＝ 的条件？ 的条件？ （c）
液膜的流动
um
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δ
L
7
动量微分方程式： 动量微分方程式：
ρ 2 gδ 3 M = ∫ ρ udy = 3µ 0
9
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ρ 2 gδ 2 dM = dδ µ
MH '
液膜微元段热平衡关系式： 液膜微元段热平衡关系式： ∂t λ ( ) w dx ∂y dt " ' H dM + H M = λ dx + H ' ( M + dM ) dy w r = H" − H ' ( t s − t w ) dx ( ts − tw ) rdM = λ δ dt λ =λ dy δ ρ 2 gδ 2 dM = dδ
−1
3
实用计算公式： 实用计算公式：
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Re c Co = 1.08 Re1.22 − 5.2 c
13
三、紊流膜状凝结 film condensation in turbulent 紊流换热准则关联式
Rec>1800
Re c Co = 8750 + 58 Pr −0.5 (Re 0.75 − 253) c
δ
x 3
2 3 1/4
1/ 4
λ hx = δ
ρ gλ r hx = 4 µ x ( ts − tw )
10
液膜的平均换热系数： 液膜的平均换热系数：
l
ρ gλ r 1 4 h = ∫ hx dx = hl = 0.943 µ l (ts − tw ) 3 l0
第七章 凝结与沸腾换热
TwoTwo-phase heat transfer in condensation and boiling 凝结或冷凝condensate: 在饱和温度下由气态变为液态 凝结或冷凝 沸腾boiling: 在饱和温度下， 沸腾boiling: 在饱和温度下，由液态转变为气态的过程 Please point out examples of two-phase heat transfer?
（用来计算垂直壁紊流液膜段的平均换热系数） 用来计算垂直壁紊流液膜段的平均换热系数） 整个壁面的平均凝结换热系数： 整个壁面的平均凝结换热系数： xc xc
h = hl
1/ 4
四、水平管内凝结换热
l
+ h t (1 −
l
)
g ρ ( ρ − ρ v )λ r ′ h = 0.555 µ d ( ts − tw )
3
1-2
膜状凝结换热 Film condensation
层流膜状凝结理论解： 一、层流膜状凝结理论解：Nusselt theory 1916 连续液膜层流运动及导热机理 液膜运动方程式和能量方程式 速度场与温度场 表面传热系数理论解
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4
Assumptions： Assumptions：
冷凝器，蒸发器，凝汽机， 冷凝器，蒸发器，凝汽机， 蒸气散热器 Content： ： 1、膜状层流凝结理论与表面传热系数计算 、 2、大空间沸腾机理沸腾曲线，计算公式 、大空间沸腾机理沸腾曲线， 3、了解热管工作原理 、
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第一节
凝结换热 condensation
1-1
概述Introduction 概述Introduction
y
x
y
g
dx
tδ ts
t s = tδ
x
x
hx ← δ
du =0 dy
利用热平衡求局部表面传热系数： 利用热平衡求局部表面传热系数：
h x ( ts − tw )
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( t s − t w ) dx dx = λ
δ
δ = f ( M , x, u , t )
5
图7-1 膜状凝结换热
y
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二、 层流膜状凝结换热准则关系式
凝结液膜： 凝结液膜：
Rec =
d e um
ν
设液膜宽为L 设液膜宽为L，则润湿周边 U=L，f=L·δ =4δ U=L，f=L δ，de=4δ
Re c =
4δ u m ρ
µ
=
4M
µ
um
h ( ts − tw ) l = rM
L
δ
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二、泡态沸腾机理
研究气泡的生成长大和传热的规律
气泡膨胀了dv，表面积增量dA 则做功量为： dA， 气泡膨胀了dv，表面积增量dA，则做功量为： dv dW=（ dvdW=（pv-pl）dv-σdA =σ 当处于平衡状态时，dW=0， 当处于平衡状态时，dW=0，即（pv-pl）dv =σdA
pl
对微元体列动量微分方程式，在稳态下可得：
∂ 2u ∂u ∂u dp ρ u + v = ρg − + µ 2 ∂y dx ∂x ∂y dp ∂ 2u dp = ρv g 0 = ρg − +µ 2 dx dx ∂y ( ρv − ρ ) g y 2 + ay + b d 2u u= µ 2 + ( ρ − ρv ) g = 0 2µ dy du y = 0, u = 0; y = δ , =0 dy
ρg 1 2 u = (δ y − y ) µ 2
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( ρ − ρv ) g (δ y − 1 y 2 ) u=
ρ >> ρv
µ
2
8
∂t ∂t ∂t ∂ 2t ∂ 2t 能量微分方程式： 能量微分方程式： ρ c +u +v p =λ 2 + 2 ∂x ∂ y ∂τ ∂ x ∂ y
3 2 3
−1/3
−1/3
水平管理论解 实际工程）： （实际工程）：
Co = 1.51 Re c

1/4
−1
3
2b） （7-2b）
垂直壁实用计算公式： 垂直壁实用计算公式：
2 3 ρ gλ r h = 1.13 l µ ts − tw
(
)
OR
Co = 1.76 Rec
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2
Film and dropwise condensation
Film: • 通过液膜的导热和对流实现换热 Dropwise • • • • 2012-3-28 • 蒸气与液珠表面和蒸气与壁面之间 液珠表面远大于壁面面积， 液珠表面远大于壁面面积， 无液膜的导热热阻 10倍 倍 表面传热系数要高于film film的 表面传热系数要高于film的 但珠状凝结不稳定
1. 2. 3. 4. 改变表面几何特征 有效排出不凝气体 加速凝液排除 添加促进剂， 添加促进剂，产生珠状凝结
二、增强凝结换热措施
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第二节 沸腾换热 boiling heat transfer
a watched pot never boils? 大空间沸腾换热 pool boiling 受迫对流沸腾 forced convection boiling 2-1大空间沸腾换热 pool boiling 在具有自由表面的液体中热壁面上所进行的沸腾 一、饱和沸腾过程和沸腾曲线 沸腾温差∆ 饱和沸腾时，壁温与饱和温度之差； 1. 沸腾温差∆t ：饱和沸腾时，壁温与饱和温度之差； 沸腾曲线：沸腾时的热流通量q 2. 沸腾曲线：沸腾时的热流通量q随∆t的变化曲线 的变化有三种沸腾状态： 3. 随∆t的变化有三种沸腾状态： 对流沸腾、泡态沸腾及膜态沸腾。 对流沸腾、泡态沸腾及膜态沸腾。
3
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3 r ′ = r + c p (t s − t w ) 8
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2 3 ρ gλ r h = 1.13 l µ ts − tw
(
)

1/4
Co =
Rec 1.08 Re1.22 − 5.2 c
Co = 1.47 Re c 3 1/ 4 2 3 ρ gλ r h = 0.725 µ d (ts − tw )