知识点：大空间沸腾换热特点PPT

知识点：大空间沸腾换热特点
温差(Δ t=tw-ts) 10 过度沸腾段 膜态沸腾段 自然对流段 泡态沸腾段 的关系曲线。 E C 10 1.自然对流 沸腾段 10 液体在沸腾 D B 过程中，加热面 10 传给液体的热量 A 10 全部用来使液体 500 10 Δ t 30 50 10 120 5 10 转变为气体，而 图1 大空间沸腾曲线（p=101325Pa） 液体的温度并不 改变。沸腾过程中壁面温度与液体的饱和温度之差为沸腾温 差，即存在着过热现象。过热的程度取决于液体的种类及沸
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出现，此时换热系数很小。汽化只能在气-液面上进行，通过 气膜以对流、辐射、导热三种方式传递汽化所需要的潜热。 产生的蒸汽有规律地排离膜层。热流密度随着沸腾温差的增 大而加大，这一段称为稳定膜态沸腾。 沸腾过程中，由于汽泡在加热面上不断产生、扩大、脱 离，冷液体不断冲刷壁面，使紧贴加热面的液体层剧烈扰动 换热强度也就大幅度增加，所以，对同一流体来说，沸腾换 热时的换热系数比无相变时对流换热的换热系数大得多。沸 腾换热时的换热系数的数值与加热面的过热程度有关，随着 温差Δ t或热流密度q而显著变化。 沸腾换热的热流密度的峰值点C具有很大的工程意义。在 实际工程中的一些电加热设备，一旦热流密度q超过峰值，工
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况将沿着峰值点C直接变化到（沿虚线）膜态沸腾段，容器 的壁温也将突然升高到E点（超过1000℃），如图1所示。此 时设备因瞬时过热而被毁坏。所以点C又称为烧毁点。所以 在工程应用中的热力设备的热流密度的设计值必须低于峰值 热流密度。 影响液体沸腾时换热的重要因素除温度差外，还有压力 压力愈大，饱和温度下的液体表面张力愈小，因而一定半径 的汽泡内部压力就愈小，它所要求的温差也就愈小。如果温 差Δ t一定，则压力愈大，汽化中的汽泡半径将愈小，因而 汽泡数将愈多，换热系数就愈大。 总之，压力愈大，温差愈大，沸腾时的换热系数就愈大 另外，沸腾液的润湿能力、导热性以及加热面的材料、加热 面的情况都对换热系数产生影响。
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当液体与高于其相应压力下饱和温度的壁面接触时可能 发生沸腾换热。沸腾换热可分为大容器沸腾和管内强迫对流 沸腾两种，也可以按液体温度分为饱和沸腾和过冷沸腾。 高于饱和温度的加热面沉浸于具有自由表面的液体中所 发生的沸腾称为大空间沸腾。此时产生的气泡能自由浮升， 穿过液体自由表面进入容器空间。 一定压力下，当液体主体温度为饱和温度ts，壁面温度 tw高于饱和温度ts时的沸腾，称为饱和沸腾。如果液体的主 体温度低于饱和温度，而壁面温度超过饱和温度时发生的沸 腾为过冷沸腾。根据饱和沸腾时壁面与饱和温度之差的变化 可将沸腾换热过程划分四段及四个沸腾换热过程段的区分， 图1示出了在101325Pa压力下饱和沸腾时，热流密度与沸腾
q(W/m 2 )
7 6 5 4 3 2 3
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腾的强烈程度。 实验表明，在加热之初加热壁面的过热度很小，在壁面 上产生的气泡非常少，并且这些气泡不能脱离壁面而浮升， 热量靠自然对流由壁面传递到液体主体，蒸发在液体自由表 面进行，看不到沸腾现象。我们称其为自然对流沸腾，该部 分换热系数可近似按单相流体自然对流换热计算。 2.泡态沸腾段 随着沸腾温差的不断升高，加热壁面热流密度的增大， 从点开始，产生的气泡迅速增多，在该过程中，气泡逐渐长 大而脱离壁面向上浮生，最后冲破液面进入气相空间。随着 气泡的大量生成，气泡之间相互影响。此时，热流密度随着 沸腾温差急剧增大，直到热流密度达到它的峰值点 C。在此
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过程中，我们知道气泡的生成及运动起着决定性的影响，所 以称为泡态沸腾。 3.过渡沸腾段 在泡态沸腾段中，从热流密度峰值点C以后，随着沸腾温 差的增加热流密度有下降趋势。这是因为生成的气泡太多汇 聚而形成气膜覆盖在加热面上所致，这种气膜阻碍了传热， 而且气膜不稳定，使换热情况恶化。这种情况持续到热流密 度最低值点D。这一段的换热是不稳定的，因此，我们称它 为过渡沸腾。 4.膜态沸腾段 随着沸腾温差继续提高，在D点以后，汇聚在加热面上 的气泡联片，形成一层稳定的覆盖气膜，由于有气膜的热阻