凝结与沸腾换热PPT课件

(2)珠状凝结
凝结液面不能很好地润湿壁面，在 壁面上形成一个个小的液珠，且不断 发展，到一定程度后，重力大与依附 力，向下运动
特点：凝结放出的潜热不须穿过 g 液膜的阻力即可传到冷却壁面上。
tw ts
3. 两种凝结方式换热系数的大小
膜状凝结：由于壁面被一层液膜覆盖，因而凝结放 出的热量首先必须穿过这层液膜（以导热形式），后 才传至壁面。主要热阻为液膜层。（导热因液膜层内 速度很小，热阻大）
珠状凝结：由于大部分冷壁面总是直接暴露在蒸气 中，不存在液膜层。（热阻小）
所以h珠>h膜
虽然，珠状凝结的表面传热系数远远大于膜状凝结， 从换热角度考虑，希望采用珠状凝结，但要维持珠状凝 结是非常困难的，所以在实际工业应用上都只能实现膜 状凝结。玻璃器皿洗干净有一层水膜。
第二节 膜状凝结分析解及实验关联式
——厚度薄、热阻小。
2. 准则方程
• 液膜的流动方式也有层流和紊流之分，还是 采用雷诺数（膜层）来判断。
Re de ul
式中：
ul 为 x = l 处液膜层的平均流速；
de 为该截面处液膜层的当量直径。
无波动层 流
Re 20
有波动层 流
Rec 1600
湍流
如图
de 4Ac / P 4b / b 4
1. 纯净蒸气层流膜状凝结分析解 • 努赛尔通过一系列的假设后，得到了纯净蒸
气层流膜状凝结的分析解，具体假设有： （1）常物性（物性参数不随温度变化）； （2）蒸气静止不动，对液层无粘滞应力； （3）液膜的惯性力可以忽略； （4）气液界面无温差（即凝液温度等于蒸气温
度）；
(5)膜内温度分布是线性的（液膜内的热量传 递只有导热，而无对流作用）； （6）液膜的过冷度可以忽略； （7）蒸气密度远远小于凝结液体的密度ρl； （8）液膜表面平整无波动。
Re 4ul 4qml
对于横管，实验结果与理论结果非常吻合； 对于竖壁，实验结果比理论结果偏高20％左右。
3. 紊流膜状凝结换热 除层流层外以导热为主，层流层以外以湍流为主， 从而有：
实验证明： （ 1 ）膜层雷诺数 Re=1600 时，液膜由层流
转变为紊流 ； （ 2 ）横管均在层流范围内，因为管径较小。
如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，要 用下式代替计算公式中的 r
r r 0.68cp( ts tw )
5. n排管束 理论上d用nd算即可，但实际上，比nd大得多。
6. 管内冷凝 此时换热与蒸气的流速关系很大。 蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于 管子上半部。 流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子 四周，中心为蒸气核。
2. 蒸气的流速 • 以上公式是假定蒸气静止不动时得出的。实际
上蒸气以一定流速流动，会产生力的作用。蒸 气与液膜流向相同，使液膜迅速下流而减薄， 并产生波动，所以h↑。若流向相反，使液膜加 厚，h↓。但流速很大时，液膜脱离壁面，使 h↑。
3. 过热蒸气
h↑，影响不大。 过热蒸气→饱和蒸气（中间层）热阻很小，可 忽略。 4. 液膜过冷度
第七章 凝 结 与 沸 腾 换 热
在第五和第六章中，讨论了单相流体对流的 理论分析和试验准则方程式，但在实际的工程上， 常常遇到蒸汽转变成液体或液体变成蒸汽的过程。
例如：发电厂中：蒸汽轮机后的气体叫乏汽， 为了使水循环，乏汽通过冷凝器后，凝结成水后， 再通过凝结泵把水打入锅炉，锅炉中的水吸热变成 过热蒸汽（沸腾）
7. 凝结表面的几何形状
• 强化凝结换热的原则是尽量减薄粘滞在换热表面上 的液膜的厚度。
• 方法：可用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液 膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排 泄掉。
试分析自然对流换热与膜状凝结换热的区别 1. 密度变化的原因不同 自然对流：温度变化引起密度的变化; 膜状换热：相变引起密度的变化ρl>ρv
• 因为这些过程也是通过流动来实现的，所以也 属于对流换热的范畴。但它们有一个新的特点， 即流体在放热或吸热过程中温度保持不变（相 变），在一般情况下，表面传热系数比无相变时 的表面传热系数要大得多。
§7-1 凝结换热现象 凝结换热实例
•寒冷冬天窗户上的冰花 •锅炉中的水冷壁
凝结换热的关键点 • 凝结可能以不同的形式发生，膜状凝结和珠状凝结
• 冷凝物相当于增加了热量进一步传递的热阻 • 层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式 • 影响膜状凝结换热的因素
• 会分析竖壁和横管的换热过程，及Nusselt膜状 凝结理论
1 、凝结换热现象
蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热 释放给固体壁面，并在壁面上形成凝结液的过程，称 凝结换热现象。有两种凝结形式。
特征 :对于紊流液膜，热量的传递：（ 1 ）靠近壁 面极薄的层流底层依靠导热方式传递热量；（ 2 ） 层流底层以外的紊流层以紊流传递的热量为主。因 此，紊流液膜换热远大于层流液膜换热。
第三节 影响膜状凝结因素的讨论
1. 不凝结气体
•由于漏气或蒸气不纯，在冷凝器中或多或少含 有一定量的不凝结气体。在蒸气中含有少量气 体，会使换热系数显著下降。如水蒸气中含1％ 的空气，使换热系数降低60％。这是因为（1） 随着蒸气的凝结，不凝结气体被阻留在液膜界 面，形成了一层气膜，蒸气分子必须借助扩散 方式（导热）穿过这层气膜，产生一负加热阻； （2）随着蒸气的凝结，蒸气分压降低，而不凝 结气体的分压力增大，使得饱和温度降低，减 少了驱动力（ts-tw）。
• 以竖壁为例：边界层微分方程组：
由于忽略液膜惯性力，从而
液膜在x方向的压力梯度，可按y=δ处 蒸气的压力梯度计算
根据膜内温度分布呈线性(只有导热)式（3）可写成：
从而简化为：
边界条件：
由于方程式中液膜厚度δ未知，所以接下 来的关键问题是如何求δ
•
myx来自对于倾斜壁如何修正？所以冷凝器通常采用横管的布置方式（短、 横管）
2 、凝结换热的分类
根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种
(1)膜状凝结
(2)珠状凝结
(1)膜状凝结
定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并能在壁面上均 匀铺展成膜的凝结形式，称膜状凝结。
特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的 相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷 却壁面上， 此时液膜成为主要的换热热 阻
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