传热学课件第九章相变换热
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3 l
1/ 4
该式即为竖壁稳态层流膜状凝结时的努塞尔理论解。
定性温度：除汽化潜热 r 按饱和温度取值以外， 其它参数都按液膜的算术平均温度 tm＝(tsat+ tw)/2 取 值。
适用条件：研究证明，如果满足
Ja
c pl (tsat tw ) r
0.1, 1 Pr 100
研究证明，如果满足Ja <0.1和1<Pr <100，上式 的误差将低于3％。 Ja 称为雅各布（Jacob）数，表 示凝结液的显热与潜热之比。 对努塞尔理论解的修正：
de 为液膜的当量直径: 4 A 4 b de 4
P b
根据热平衡，冷表面吸收的热量一 定等于凝结液释放的潜热，即 凝结液膜雷诺数是凝 h( tsat tw )L rqm. L 结表面传热系数和换 热温差的函数 。导致 4h( tsat tw ) L Rec 计算时必须进行迭代 。 r
(c) 均相凝结
(d) 接触凝结
(e) 多组分凝结
2.竖壁稳态层流膜状凝结的努塞尔理论解 努塞尔作了以下几点假设： （1）蒸气为纯饱和蒸气，不含杂质或不可凝气体； （2）汽、液物性均为常数； （3）蒸气静止，对液膜表面无粘性力作用； （4）液膜极薄，流速很低，忽略其惯性力； （ 5 ）相变发生在汽 - 液交界面上，液膜处于饱和温 度； （6）液膜内仅有导热作用，忽略对流传热方式； （7）液膜的过冷度可以忽略不计； （8） 膜表面没有波动。 根据上述假设，使竖直平壁表面稳态层流膜状凝 结换热问题的数学模型大为简化：
第九章 相变换热
例 题 赏 析
内 容 精 粹
重 点 难 点
基 本 要 求
基 本 要 求
• • • • • 1. 了解沸腾换热的类型及主要影响因素。 2. 掌握大空间沸腾换热曲线及其计算方法。 3. 了解蒸汽凝结的条件、基本方式及特点。 4. 掌握大竖壁上膜状凝结换热计算方法。 5. 掌握影响凝结的主要因素及强化凝结换热 的措施。
g l ( l v ) r hx 4l (tsat tw ) x
3 l
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若冷凝温差tsat-tw等于常数，沿竖壁积分即可得出 高L的整个壁面的平均表面传热系数
1 L hL hx dx L 0
g l ( l v ) r 0.943 l (tsat tw ) L
（2）加热表面的状况 ：决定汽化核心数目的多少。 (a) 壁面材料的种类、热物理性质以及壁面的厚 度等。如壁面与沸腾液体间的润湿性、加热壁面的 吸热系数 (c)1/2对沸腾换热都有影响； (b) 加热壁面的粗糙度； (c) 加热壁面的氧化、老化和污垢沉积情况等。
（3）液体的压力 ：液体核态沸腾的表面传热系数 随系统压力的增加而增加。 （4）不凝气体的含量、加热表面的大小与方向以 及液体自由表面的高度（即液位）等因素的影响。
4个阶段： （1）自然对流沸腾
（2）核态沸腾A~C （3）过渡沸腾C~D
（4）膜态沸腾D～
核态沸腾
过渡沸腾
膜态沸腾
二、池沸腾换热的计算关系式
计算大空间饱和核态沸腾的罗森诺公式：
g ( l v ) qw l r
1/ 2
c p ,l Δt n Cwl rPrl
3
l 为饱和液体的动力粘度（Pas）；
r 为沸腾液体的汽化潜热（kJ/kg）； 为液体与饱和蒸气界面上的表面张力（N/m）； l、v 分别为饱和液与饱和蒸气的密度（kg/m3）； cp,l 为沸腾液体的比定压热容（J/kgK）； t 为壁面的过热度，即沸腾温差（℃）； Cwl 为根据加热面与液体种类选取的经验常数；
（1）如果蒸气过热，式中的汽化潜热改为 r = r + 0.68 cpl ( tsat－tw )。 （2）如果竖壁与垂直方向的夹角为 ，式中的 重力加速度g改为gcos 。
ห้องสมุดไป่ตู้
为判断凝结液膜的流态，引进凝结液膜的雷诺数
Rec
um l d e
l
4 um l
l
4qm, L
l
式中，um 为底部凝液的平均速度；
了解影响核态沸腾换热主要因素的主要目的就是 为了确定强化或者削弱沸腾换热的方法。
第二节 管内沸腾
外力驱动下流体在宏观 定向运动过程中发生的沸腾 现象。如电站直流锅炉水冷 壁管和制冷系统蒸发器管中 的沸腾。
强迫对流沸腾过程中始 终伴随有汽液两相流动。
第三节
1.凝结的形态
凝结换热
(a) 膜状凝结
(b) 珠状凝结
§4 热管
第一节 沸腾换热
液体温度超过相应压力下的饱和温度时所发生的 汽化现象，伴随大量汽泡产生。 因压力突降发生的沸腾现象（闪蒸）， 均相沸腾： 不存在加热面。 因表面加热产生的沸腾现象。 非均相沸腾： 大空间沸腾（池沸腾）
强迫流动沸腾
饱和沸腾
过冷沸腾
主要讨论饱和池沸腾
一、饱和池沸腾换热曲线
饱和池沸腾换热的特点： 饱和沸腾曲线: qw~tb
所有带“l”角码的物性都指液体。
33％
100％
库塔捷拉泽（S.S. Kutateladze）和朱伯（N.Zuber）给 出了大空间核态饱和沸腾临界热流密度的计算公式 ：
qmax 0.149 r
1/2 v
g ( l v )
1/ 4
适用条件：大空间核态饱和沸腾，加热表面的特 征尺寸远大于汽泡平均直径。 临界热流密度的数值与压力密切相关，在比压力 （液体的压力与其临界压力之比）大约等于0.3处临界 热流密度具有极大值。 有关膜态沸腾的计算公式请看教材313页。 三、影响核态沸腾换热的主要因素 3 1/ 2 （1）液体的物性 q r g ( l v ) c p ,l Δt w l n Cwl rPrl 从罗森诺公式可以看出。
• • • • • • •
重点与难点
重点： 1. 大竖壁上的膜状凝结换热。 2. 影响凝结换热的主要因素及强化措施。 3. 大空间饱和沸腾曲线、临界热流密度。 难点： 1. 竖壁上的膜状凝结换热分析解法 2. 饱和沸腾曲线的理解
内容精粹
§1 大容器沸腾换热
§2 管内沸腾换热
§3 凝结换热
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该式即为竖壁稳态层流膜状凝结时的努塞尔理论解。
定性温度：除汽化潜热 r 按饱和温度取值以外， 其它参数都按液膜的算术平均温度 tm＝(tsat+ tw)/2 取 值。
适用条件：研究证明，如果满足
Ja
c pl (tsat tw ) r
0.1, 1 Pr 100
研究证明，如果满足Ja <0.1和1<Pr <100，上式 的误差将低于3％。 Ja 称为雅各布（Jacob）数，表 示凝结液的显热与潜热之比。 对努塞尔理论解的修正：
de 为液膜的当量直径: 4 A 4 b de 4
P b
根据热平衡，冷表面吸收的热量一 定等于凝结液释放的潜热，即 凝结液膜雷诺数是凝 h( tsat tw )L rqm. L 结表面传热系数和换 热温差的函数 。导致 4h( tsat tw ) L Rec 计算时必须进行迭代 。 r
(c) 均相凝结
(d) 接触凝结
(e) 多组分凝结
2.竖壁稳态层流膜状凝结的努塞尔理论解 努塞尔作了以下几点假设： （1）蒸气为纯饱和蒸气，不含杂质或不可凝气体； （2）汽、液物性均为常数； （3）蒸气静止，对液膜表面无粘性力作用； （4）液膜极薄，流速很低，忽略其惯性力； （ 5 ）相变发生在汽 - 液交界面上，液膜处于饱和温 度； （6）液膜内仅有导热作用，忽略对流传热方式； （7）液膜的过冷度可以忽略不计； （8） 膜表面没有波动。 根据上述假设，使竖直平壁表面稳态层流膜状凝 结换热问题的数学模型大为简化：
第九章 相变换热
例 题 赏 析
内 容 精 粹
重 点 难 点
基 本 要 求
基 本 要 求
• • • • • 1. 了解沸腾换热的类型及主要影响因素。 2. 掌握大空间沸腾换热曲线及其计算方法。 3. 了解蒸汽凝结的条件、基本方式及特点。 4. 掌握大竖壁上膜状凝结换热计算方法。 5. 掌握影响凝结的主要因素及强化凝结换热 的措施。
g l ( l v ) r hx 4l (tsat tw ) x
3 l
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若冷凝温差tsat-tw等于常数，沿竖壁积分即可得出 高L的整个壁面的平均表面传热系数
1 L hL hx dx L 0
g l ( l v ) r 0.943 l (tsat tw ) L
（2）加热表面的状况 ：决定汽化核心数目的多少。 (a) 壁面材料的种类、热物理性质以及壁面的厚 度等。如壁面与沸腾液体间的润湿性、加热壁面的 吸热系数 (c)1/2对沸腾换热都有影响； (b) 加热壁面的粗糙度； (c) 加热壁面的氧化、老化和污垢沉积情况等。
（3）液体的压力 ：液体核态沸腾的表面传热系数 随系统压力的增加而增加。 （4）不凝气体的含量、加热表面的大小与方向以 及液体自由表面的高度（即液位）等因素的影响。
4个阶段： （1）自然对流沸腾
（2）核态沸腾A~C （3）过渡沸腾C~D
（4）膜态沸腾D～
核态沸腾
过渡沸腾
膜态沸腾
二、池沸腾换热的计算关系式
计算大空间饱和核态沸腾的罗森诺公式：
g ( l v ) qw l r
1/ 2
c p ,l Δt n Cwl rPrl
3
l 为饱和液体的动力粘度（Pas）；
r 为沸腾液体的汽化潜热（kJ/kg）； 为液体与饱和蒸气界面上的表面张力（N/m）； l、v 分别为饱和液与饱和蒸气的密度（kg/m3）； cp,l 为沸腾液体的比定压热容（J/kgK）； t 为壁面的过热度，即沸腾温差（℃）； Cwl 为根据加热面与液体种类选取的经验常数；
（1）如果蒸气过热，式中的汽化潜热改为 r = r + 0.68 cpl ( tsat－tw )。 （2）如果竖壁与垂直方向的夹角为 ，式中的 重力加速度g改为gcos 。
ห้องสมุดไป่ตู้
为判断凝结液膜的流态，引进凝结液膜的雷诺数
Rec
um l d e
l
4 um l
l
4qm, L
l
式中，um 为底部凝液的平均速度；
了解影响核态沸腾换热主要因素的主要目的就是 为了确定强化或者削弱沸腾换热的方法。
第二节 管内沸腾
外力驱动下流体在宏观 定向运动过程中发生的沸腾 现象。如电站直流锅炉水冷 壁管和制冷系统蒸发器管中 的沸腾。
强迫对流沸腾过程中始 终伴随有汽液两相流动。
第三节
1.凝结的形态
凝结换热
(a) 膜状凝结
(b) 珠状凝结
§4 热管
第一节 沸腾换热
液体温度超过相应压力下的饱和温度时所发生的 汽化现象，伴随大量汽泡产生。 因压力突降发生的沸腾现象（闪蒸）， 均相沸腾： 不存在加热面。 因表面加热产生的沸腾现象。 非均相沸腾： 大空间沸腾（池沸腾）
强迫流动沸腾
饱和沸腾
过冷沸腾
主要讨论饱和池沸腾
一、饱和池沸腾换热曲线
饱和池沸腾换热的特点： 饱和沸腾曲线: qw~tb
所有带“l”角码的物性都指液体。
33％
100％
库塔捷拉泽（S.S. Kutateladze）和朱伯（N.Zuber）给 出了大空间核态饱和沸腾临界热流密度的计算公式 ：
qmax 0.149 r
1/2 v
g ( l v )
1/ 4
适用条件：大空间核态饱和沸腾，加热表面的特 征尺寸远大于汽泡平均直径。 临界热流密度的数值与压力密切相关，在比压力 （液体的压力与其临界压力之比）大约等于0.3处临界 热流密度具有极大值。 有关膜态沸腾的计算公式请看教材313页。 三、影响核态沸腾换热的主要因素 3 1/ 2 （1）液体的物性 q r g ( l v ) c p ,l Δt w l n Cwl rPrl 从罗森诺公式可以看出。
• • • • • • •
重点与难点
重点： 1. 大竖壁上的膜状凝结换热。 2. 影响凝结换热的主要因素及强化措施。 3. 大空间饱和沸腾曲线、临界热流密度。 难点： 1. 竖壁上的膜状凝结换热分析解法 2. 饱和沸腾曲线的理解
内容精粹
§1 大容器沸腾换热
§2 管内沸腾换热
§3 凝结换热