凝结及沸腾换热传热学分享资料

1/
)x
4
整个竖壁的平均表面传热系数
hV1 l 0 lhxdx0.943 lg l(rtsl2 tl3 w) 1/4
定性温度：
tm
ts
tw 2
注意：r 按 ts 确定
(3) 修正：
实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到强化， 因此，实验值比上述得理论值高20％左右
竖壁:
hV 1.13lgl(rtsl2tl3w)1/4
g
壁面上形成许多小液珠
2
(3) 两种凝结形式的比较 膜状凝结:由于沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的 作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此， 液膜厚度及运动状态直接影响了热量传递。
珠状凝结:由于凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在 壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直 接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结（可能大几倍， 甚至一个数量级）
l
2u y 2
0
a
l
2t y 2
0
6
边界条件：
y0时，u0, t tw
y时，du 0,
dy
t ts
求解上面方程可得：
(1) 液膜厚度
4llg(tsl2rtw
)x1/
4
定性温度：
tm
ts
tw 2
注意：r 按 ts 确定
7
(2) 局部对流换热系数
(ttstwC)
hx
4lg(rts l2tlw 3
并且横管一般都处于层流状态
12
(2) 凝结准则Co
C oh(322g)1/3N•uGa 1/3
(3) 准则关联式
Ga
gl 3 2
竖壁: 水平管:
Co1.76Rce1/3 Co1.08RR1ec.2ec25.2 Co1.51Rce1/3
13
三. 湍流膜状凝结换热
液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为1800。横管因 直径较小，实践上均在层流范围。对湍流液膜，除了靠近壁 面的层流底层仍依靠导热来传递热量外，层流底层之外以湍 流传递为主，换热大为增强 竖壁湍流液膜段的平均表面传热系数:
Rec
deum
式中：
um 壁的底部液膜断面平均流速；
de 液膜层的当量直径。
无波动层流
Re20
有波动层流
Rec 1600
湍流
11
如图 d e 4 A c/P 4 b/b 4
Rec 4um4M
由热平衡 h(tstw)lrqml
h(ts tw)lrM
所以
Rec
4hl(ts tw)
r
对水平管，用 r代替上式中的 即l 可。
al
2t y 2
5
考虑（3）液膜的惯性力忽略 l(uux vuy)0
考虑（7）忽略蒸汽密度
dp 0 dx
考虑（5） 膜内温度线性分布， 即热量转移只有导热
u t v t 0 x y
u
x
v y
0
l
(u
u x
v
u y
)
dp dx
l
g
l
2u y 2
u
t x
v
t y
al
2t y 2
l g
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，
rr0.68cp(tstw)
5. 管子排数
管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。
前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。
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。
1. 不凝结气体
不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱和温度
下降，减小了凝结的驱动力 t 。
2. 蒸气流速 流速较高时，蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。 如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，
增h 大；反之使 减h 小。
3. 过热蒸气 要来自百度文库虑过热蒸气与饱和液的焓差。
16
4. 液膜过冷度及温度分布的非线性
4
(2)理论解的推导
tw ts
g
m(x)
微元控 制体
t(y)
Thermal boundary layers
x
u(y)
Velocity boundary layers
下脚标 l 表示液相
边界层微分方程组：
u
x
v y
0
l
(u
u x
v
u ) y
dp dx
l g
l
2u y 2
u
t x
v
t y
C o87 5508 PR r0.5c(eR0 c.7e5 25)3
14
对竖壁的湍流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系 数计算式为：
hhl
xc l
ht 1xlc
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数； xc 为层流转变为湍流时转折点的高度 l 为竖壁的总高度
15
四. 影响膜状凝结的因素
8
倾斜壁: 用 gsin 代替以上各式中的 g 即可
水平圆管: 努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层 流膜状凝结
hH 0.729ldgr(tsl2lt3w)1/4
hS 0.826ldgr(tsl2lt3w)1/4
式中：下标“ H ”表示水平管，“ S ”表示球; d 为水 平管或球的直径。定性温度与前面的公式相同
17
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。 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。
横管与竖管的对流换热系数之比：
hH g hV g
0.77
l d
1 4
9
另外，除了对波动的修正外，其他假设也有人做了相关的
研究，如当 Pr并1且，
Ja r 1 时，惯性力项和液膜过冷度
cp(ts tw)
的影响均可忽略。
10
2. 层流膜状凝结换热准则关联式 (1) 凝结液膜雷诺数Rec
凝结液体流动也分层流和湍流，并 且其判断依据仍然时Rec，
第七章 凝结与沸腾换热
§7-1 凝结换热 §7-2 沸腾换热
1
一.概述
§7-1 凝结换热
1.凝结 工质在饱和温度下由气态转化为液态的过程称为凝结.
2.凝结形式
tw ts
(1) 膜状凝结:
当凝结液能很好地润湿壁面时,凝结液将 tw ts 形成连续的膜向下流动
g
(2) 珠状凝结
当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在
虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状 凝结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大 多属于膜状凝结，因此，教材中只简单介绍了膜状凝结.
3
二.膜状凝结换热
1. 层流膜状凝结换热理论解 (1)假定 1）常物性； 2）蒸气静止； 3）液膜的惯性力忽略； 4）气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度； 5）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热； 6）液膜的过冷度忽略； 7）忽略蒸汽密度； 8）液膜表面平整无波动