沸腾传热解析精选课件PPT
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沸腾传热过程PPT课件
21
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影响沸腾传热的主要因素
➢ 过冷度的影响：
在大容器沸腾中流体主要部分的温度低于相应压力
下的饱和温度的沸腾称为过冷沸腾。
对于大容器沸腾，除了在核态沸腾起始点附近区域
外，过冷度对沸腾换热的强度并无影响。
在核态沸腾起始段，自然对流的机理还占相当大的
1
1
比例，而自然对流时，h ~ t 4 , t ~ (t w tf )4 , 因而过冷
如：烧开水
4
第4页/共28页
沸腾传热机理
➢ 气泡生成的必要条件： ✓ 液体必须过热，即液体的温度高于相应压强下的饱 和温度ts ； ✓ 加热壁面上应存在有汽化核心。
➢ 传热表面的汽化核心： 传热表面的汽化核心与该表面的粗糙程度、氧化情况
以及材质等诸多因素有关，是一个十分复杂的问题。 一般认为：粗糙表面上微细的凹缝或裂穴最可能成为
Hale Waihona Puke 从附录查得，ts 100 C 时水和水蒸气的物性为：
c pl 4.220 kJ (kg K) l 958.4 kg m3
r 2257 kJ kg
v 0.594 kg m3
17
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沸腾传热系数计算
58.9 103 N m
l 0.2825 103 kg (m s)
代入式(*)得：
15
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沸腾传热系数计算
➢ 库珀（Cooper）公式：
h
Cq 0.67
M
0.5 r
prm
(
lg
pr
) 0.55
C 90W0.33 /(m0.66 K)
m 0.12 0.21lg Rp μm
式中：Mr 为液体的分子量； pr对比压力（液体的压力与其临界压力之比； Rp为表面粗糙度。
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影响沸腾传热的主要因素
➢ 过冷度的影响：
在大容器沸腾中流体主要部分的温度低于相应压力
下的饱和温度的沸腾称为过冷沸腾。
对于大容器沸腾，除了在核态沸腾起始点附近区域
外，过冷度对沸腾换热的强度并无影响。
在核态沸腾起始段，自然对流的机理还占相当大的
1
1
比例，而自然对流时，h ~ t 4 , t ~ (t w tf )4 , 因而过冷
如：烧开水
4
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沸腾传热机理
➢ 气泡生成的必要条件： ✓ 液体必须过热，即液体的温度高于相应压强下的饱 和温度ts ； ✓ 加热壁面上应存在有汽化核心。
➢ 传热表面的汽化核心： 传热表面的汽化核心与该表面的粗糙程度、氧化情况
以及材质等诸多因素有关，是一个十分复杂的问题。 一般认为：粗糙表面上微细的凹缝或裂穴最可能成为
Hale Waihona Puke 从附录查得，ts 100 C 时水和水蒸气的物性为：
c pl 4.220 kJ (kg K) l 958.4 kg m3
r 2257 kJ kg
v 0.594 kg m3
17
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沸腾传热系数计算
58.9 103 N m
l 0.2825 103 kg (m s)
代入式(*)得：
15
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沸腾传热系数计算
➢ 库珀（Cooper）公式：
h
Cq 0.67
M
0.5 r
prm
(
lg
pr
) 0.55
C 90W0.33 /(m0.66 K)
m 0.12 0.21lg Rp μm
式中：Mr 为液体的分子量； pr对比压力（液体的压力与其临界压力之比； Rp为表面粗糙度。
最新3.3-沸腾传热PPT课件
DNB的含义是偏离泡核沸腾 (Departure from Nucleate Boiling)，它表示由泡核沸腾 （欠热泡核沸腾或低含汽率饱和 泡核沸腾）直接进入稳定膜态沸 腾的转变。
在DNB之前是欠热泡核沸腾或饱 和泡核沸腾,在DNB之后时反环状 流(膜态沸腾工况)
核态沸腾传热
q
当液体温度远小于 ts时，在ONB上没 有明显可见的气泡, 只有热的液体从过 热边界层流到冷的 液体中去
对于：ts
qG4cpzD1htf
,in
令：tstf,intsub in
则得：
tsub in
4z 1 q
GcpD h
凡满足上式的都落入图中A区，在这个区域内不会产生任何气泡
随着距离z的增加，斜率减小；而质量流密度G、通道直径D或换热系数的增 加，斜率则增大
通常q，Δ
始点
t
sub
➢ 沸腾起始点(ONB)的判别:
如图，当加热面的温度小于流 体在该特定位置的饱和温度，
即 tw ts 时，是不会产生沸
腾的，显然产生沸腾的下限为
：
ts tw
∵
tw
tf
z
q h
tf (z) G4czpqDtf ,in
∴
ts
qG4cpzD1htf
,in
过冷沸腾中壁面温度和液体温度的分布
➢ 沸腾起始点(ONB)的判别:
随着q的增加，在 加热面上产生气泡， 但很快在跃离壁面 之前就被冷凝了， 在热边界层引起微 量的对流
当液体温度接近ts 时，气泡在加热面 上长大并跃离壁面， 它们升向自由表面 的过程中，被冷液 体所冷凝
当液体达到饱和温 度时，气泡将不再 在液体中凝结，而 是上升到自由表面
在DNB之前是欠热泡核沸腾或饱 和泡核沸腾,在DNB之后时反环状 流(膜态沸腾工况)
核态沸腾传热
q
当液体温度远小于 ts时，在ONB上没 有明显可见的气泡, 只有热的液体从过 热边界层流到冷的 液体中去
对于：ts
qG4cpzD1htf
,in
令：tstf,intsub in
则得：
tsub in
4z 1 q
GcpD h
凡满足上式的都落入图中A区，在这个区域内不会产生任何气泡
随着距离z的增加，斜率减小；而质量流密度G、通道直径D或换热系数的增 加，斜率则增大
通常q，Δ
始点
t
sub
➢ 沸腾起始点(ONB)的判别:
如图，当加热面的温度小于流 体在该特定位置的饱和温度，
即 tw ts 时，是不会产生沸
腾的，显然产生沸腾的下限为
：
ts tw
∵
tw
tf
z
q h
tf (z) G4czpqDtf ,in
∴
ts
qG4cpzD1htf
,in
过冷沸腾中壁面温度和液体温度的分布
➢ 沸腾起始点(ONB)的判别:
随着q的增加，在 加热面上产生气泡， 但很快在跃离壁面 之前就被冷凝了， 在热边界层引起微 量的对流
当液体温度接近ts 时，气泡在加热面 上长大并跃离壁面， 它们升向自由表面 的过程中，被冷液 体所冷凝
当液体达到饱和温 度时，气泡将不再 在液体中凝结，而 是上升到自由表面
《沸腾》精选PPT教学课件
人的生命总是有限的，时间也不能停滞 ，但是 我们可 以驻足 。人生 路上， 一路行 走，一 路都是 风景， 路上， 你会遇 到很多 美的人 ，美的 事，美 的景。 不要忘 了经常 抬头凝 视一会 儿蔚蓝 的天空 和飞翔 的鸟儿 ；不要 忘了去 看一看 路边盛 开的花 朵，嗅 嗅花儿 散发出 的香气 。在人 生的风 景里有 春夏秋 冬，会 有不同 景致， 春葱茏 、夏繁 盛、秋 斑斓、 冬纯净 ，都显 得很美 丽，你 大凡可 尽收眼 底。只 不过人 生的风 景画册 里，有 的柔和 ，有的 热烈， 有的凄 美，还 有的悲 壮，只 要你放 慢脚步 ，多看 看沿途 的风景 ，多收 藏些快 乐的心 情，人 生就会 轻松很 多。也 许在你 放松心 境的时 候，你 就能看 见生活 的笑容 。不同 的人生 体验， 才能让 人生多 彩丰富 。如果 太在意 目的地 ，这一 路上， 心中便 会少了 很多乐 趣。在 人生的 旅行中 ，最重 要的不 是结果 ，而是 过程， 也不是 他经历 了什么 ，而是 他以何 种心态 去面对 生活 。
离开，也许是逃避，辉从来都没有跟 莉讲过 ，但是 ，他和 她都是 用情太 深的人 ，彼此 瞭解著 彼此， 除了离 开，她 还能选 择什麼 呢？那 就让她 走的洒 脱、幸 福、快 乐、没 有牵掛 。 我想辉他一定会高兴的，请不要為他牵 掛什麼 ，他会 把书念 完，会 好好学 习的。 辉是多麼的想见到莉啊，可世间总有 那麼多 的无奈
2001年的2月10日，值得纪念的日子 ，辉告 诉了莉 他心裡 的想法 ！因為 莉是从 艰辛中 一路走 来身心 疲惫的 人，深 知道爱 就要付 出什麼 ，她没 有给辉 任何的 天长地 久，任 何的承 诺，苍 白的语 言，无 力的承 诺失去 了它应 有的价 值。也 许，在 那个时 候，他 们的爱 就已经 开始了 ，只是 他不愿 意去瞭 解罢了 。平凡 的书信 来往， 交换彼 此的心 灵，交 融彼此 的心情 。辉成 了莉肚 子裡的 蛔虫， 虽然他 们没有 见过面 ，但是 ，辉猜 到了很 多的东 西、事 情！他 们是幸 福的。 新世纪的第一个情人节是莉陪辉渡过 的，虽 然没有 玫瑰， 没有巧 克力， 没有任 何物质 上的东 西，他 是个很 容易满 足的人 ，一个 电话， 就让辉 已经很 幸福了 。辉一 次很重 的感冒 在家卧 床不起 ，是她 ——莉 ！给了 她无尽 的关爱 与关怀 ，记得 朋友说 过，爱 情的力 量是伟 大的， 辉用了 最短的 时间好 了起来 ！ 距离并不是他们製造浪漫的障碍，除 了电话 ，他们 能选择 的只有 电话了 ，电话 比网络 真实好 多，至 少可以 听到对 方的声 音。
传热学-学习课件-7-6影响沸腾换热的因素及强化
1 不凝结气体对膜状凝结换热的影响 与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾
换热得到某种程度的强化。
传热学 Heat Transfer
2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时，h (tw t f )1 4 ，因此，过冷会强化换热。
3 液位高度 当传热表面上的液位足够高时，沸腾换热表面传热系
目前有两种常用的手段： (1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与 化学手段
在换热表面上形成多孔结构。 (2)机械加工方法。
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
Thanks
从0.1～1009.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热
规律没有影响，但对自然对流换热有影响，由于
Gr
gtl 3 2
Nu C(Re Gr )n
因此，g Nu 换热加强。
5、管内沸腾
传热学 Heat Transfer
锅炉水冷壁结构。
数与液位高度无关。但当液位降低到一定值时，表面传 热系数会明显地随液位的降低而升高(临界液位)。
传热学 Heat Transfer
图中介质为一个大气压下的水
传热学 Heat Transfer
4 重力加速度 随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件下的
传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就 现有的成果表明：
传热学 He传at热Tr学ansfeHr eat Transfer
传热学 Heat Transfer
主讲老师：王舫 适用专业：能源与动力工程专业
传热学 Heat Transfer
7.6 影响沸腾换热的因素及强化
沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素 也最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响 因素也只针对大容器沸腾换热。
换热得到某种程度的强化。
传热学 Heat Transfer
2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时，h (tw t f )1 4 ，因此，过冷会强化换热。
3 液位高度 当传热表面上的液位足够高时，沸腾换热表面传热系
目前有两种常用的手段： (1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与 化学手段
在换热表面上形成多孔结构。 (2)机械加工方法。
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
Thanks
从0.1～1009.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热
规律没有影响，但对自然对流换热有影响，由于
Gr
gtl 3 2
Nu C(Re Gr )n
因此，g Nu 换热加强。
5、管内沸腾
传热学 Heat Transfer
锅炉水冷壁结构。
数与液位高度无关。但当液位降低到一定值时，表面传 热系数会明显地随液位的降低而升高(临界液位)。
传热学 Heat Transfer
图中介质为一个大气压下的水
传热学 Heat Transfer
4 重力加速度 随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件下的
传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就 现有的成果表明：
传热学 He传at热Tr学ansfeHr eat Transfer
传热学 Heat Transfer
主讲老师：王舫 适用专业：能源与动力工程专业
传热学 Heat Transfer
7.6 影响沸腾换热的因素及强化
沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素 也最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响 因素也只针对大容器沸腾换热。
《七年级科学沸腾》课件
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
总结与思考
本节课的重点回顾
沸腾的定义
沸腾是液体内部和表面同时发生的剧烈汽化现象 。
沸腾的条件
达到沸点，继续吸热。
沸腾的特点
沸腾过程中温度保持不变。
对沸腾的思考与探索
沸腾与蒸发的区别与联系
沸腾是蒸发的一种剧烈形式，两者都涉及到液体的汽化，但蒸发 只发生在液体表面，而沸腾发生在液体内部和表面。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
沸腾的应用
沸腾在工业上的应用
沸腾蒸发
在工业生产中，沸腾蒸发是常见 的工艺过程，用于提取和浓缩溶 液，如制药、食需要在沸腾条件下进 行，如某些聚合反应和酯化反应等 。
沸腾热力发电
利用沸腾原理将热能转化为机械能 ，进而发电，如火力发电厂中的蒸 汽轮机。
沸腾在日常生活中的应用
煮饭
利用水在沸腾时的高温来 煮熟食物，是家庭烹饪中 常见的加热方式。
热水淋浴
通过加热使水沸腾，产生 蒸汽来提供热水淋浴。
咖啡机
利用水在沸腾时产生的蒸 汽压力来提取咖啡中的味 道。
沸腾在科学实验中的应用
沸点测定
热力学研究
通过观察物质在沸腾时的温度来确定 其沸点，是化学实验中常用的实验方 法。
液体持续汽化，气泡稳定产生 并上升到液面，蒸汽流量保持
恒定。
沸腾与蒸发的关系
蒸发是缓慢的汽化过程，可以在 任何温度下进行。而沸腾是快速 的汽化过程，需要达到沸点才能
发生。
蒸发可以在液体表面进行，而沸 腾需要液体完全浸没在热量中。
蒸发是自发过程，不需要外界干 预即可发生。而沸腾需要外界热
沸腾换热与热管汇总课件
沸腾换热是一种高效的传热方式，可以在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下工作，因 此对其研究具有重要的实际意义和应用价值。
通过研究沸腾换热的规律和机理，可以更好地了解其传热机制和影响因素，为优化 传热过程和提高能源利用效率提供理论支持和技术指导。
在能源、动力、化工、航空航天等领域，沸腾换热都发挥着重要的作用，因此对其 研究也可以促进相关领域的发展和进步。
在电子器件的冷却中，热管可以快速导出器 件产生的热量，防止器件过热而损坏。同时 ，沸腾换热技术在其中起到了关键作用。
微通道热管在芯片冷却中 的应用
微通道热管具有较高的传热性能，适用于高 功率芯片的冷却。通过将微通道热管与沸腾 换热技术结合，可以更有效地导出芯片产生
的热量。
沸腾换热与热管在环保领域的应用及前景
沸腾换热在核能发电中的运用
在核反应堆中，沸腾的水可以作为介质吸收并导 出一部分核能，这部分能量再通过热管导出，进 而推动蒸汽轮机发电。
热管技术在地热能利用中的结合
地热能是一种清洁的能源，通过热管技术，可以 将地热井中的热能导出，用于区域供暖或者工业 用热。
沸腾换热与热管在电子器件冷却中的应用案例
电子器件的热管冷却
电子芯片冷却
在电子设备中，芯片会产生大量的热量，这些热量需要通过热管等散热装置迅速传递出去 ，以保持芯片的正常工作。此时，沸腾的液体被用来将芯片产生的热量传递到散热装置中 。
工业余热回收
在许多工业过程中，会产生大量的余热，这些热量可以通过沸腾换热等手段进行回收和再 利用，提高能源利用效率。
沸腾换热的研究意义
VS
在工业界的推广价值
沸腾换热和热管技术适用于各种工业领域 ，如能源、动力、化工等，能够提高设备 的能源利用效率和可靠性，具有巨大的推 广价值和应用前景。
通过研究沸腾换热的规律和机理，可以更好地了解其传热机制和影响因素，为优化 传热过程和提高能源利用效率提供理论支持和技术指导。
在能源、动力、化工、航空航天等领域，沸腾换热都发挥着重要的作用，因此对其 研究也可以促进相关领域的发展和进步。
在电子器件的冷却中，热管可以快速导出器 件产生的热量，防止器件过热而损坏。同时 ，沸腾换热技术在其中起到了关键作用。
微通道热管在芯片冷却中 的应用
微通道热管具有较高的传热性能，适用于高 功率芯片的冷却。通过将微通道热管与沸腾 换热技术结合，可以更有效地导出芯片产生
的热量。
沸腾换热与热管在环保领域的应用及前景
沸腾换热在核能发电中的运用
在核反应堆中，沸腾的水可以作为介质吸收并导 出一部分核能，这部分能量再通过热管导出，进 而推动蒸汽轮机发电。
热管技术在地热能利用中的结合
地热能是一种清洁的能源，通过热管技术，可以 将地热井中的热能导出，用于区域供暖或者工业 用热。
沸腾换热与热管在电子器件冷却中的应用案例
电子器件的热管冷却
电子芯片冷却
在电子设备中，芯片会产生大量的热量，这些热量需要通过热管等散热装置迅速传递出去 ，以保持芯片的正常工作。此时，沸腾的液体被用来将芯片产生的热量传递到散热装置中 。
工业余热回收
在许多工业过程中，会产生大量的余热，这些热量可以通过沸腾换热等手段进行回收和再 利用，提高能源利用效率。
沸腾换热的研究意义
VS
在工业界的推广价值
沸腾换热和热管技术适用于各种工业领域 ，如能源、动力、化工等，能够提高设备 的能源利用效率和可靠性，具有巨大的推 广价值和应用前景。
第七章沸腾换热ppt课件
2 膜层中凝结液的流动状态
凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据 仍然时Re，
Re deul
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
Re30
有波动层流
Rec 1800
湍流
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
tw ts
凝结换热的关键点
g
• 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
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
如图 d e 4 A c/P 4 b/b 4
Re4ul 4qml
由热平衡
h(tstw)lrqml
所以
Re 4hl( ts tw )
r
横管：用d 代替 L
并且横管一般都处于层流状态
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
3 、了解内容： ①了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展
现状、动态。 ②蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流换
《沸腾》ppt课件
•
不过，“德”既有跨越时空的通达一 面，往 往又是 与时俱 进、随 地而异 的。能 历久不 衰而长 传的道 德典范 不多， 因“立 德”而 青史留 名的例 子也很 少。加 以中国 历代皇 帝都想 要作之 君作之 师，所 以士人 自然也 多朝立 功立言 的方向 努力。 大体上 ，真能 两者兼 具的读 书人， 重立功 仍胜于 立言。
•
7.中 国 文 化 家 们所 说的“ 中”， 更多体 现为实 践过程 中处理 、协调 各种关 系的一 种原则 。在天 道的层 面，道 首先表 现为多 样的统 一。从 多样的 统一这 一视域 看，“ 中”就 在于使 统一体 中的各 个方面 彼此协 调。千 差万别 的事物 同处于 一个系 统，如 何恰当 地定位 它们， 使之各 得其所 ，这就 是“中 ”所涉 及的重 要方面 。
唱歌了，水就要开了。水壶里的歌声是从哪里来的呢？答：水壶里的歌声来自水泡的破裂。
《沸腾》ppt课件
《沸腾》ppt课件
•
1.真善美是人类判断是非的底线。巴 尔扎克 说他写 作的最 高使命 是：用 笔深刻 把握时 代的脉 搏和民 众的呼 声，反 映大众 的疾苦 和不幸 ，替他 们呐喊 ；揭示 社会的 美与丑 ，唤醒 正义感 和良知 。我想 ，这是 每个文 化工作 者都应 该时刻 牢记的 。
•
6强 调 “ 道 ” 和“人 ”之间 不可分 割、相 互联系 的重要 涵义之 一，是 肯定道 所具有 的各种 意义唯 有通过 人自身 的知和 行、认 识世界 和改变 世界的 过程， 才能呈 现出来 。正如 深山中 的花自 开自落 ，并无 美或不 美的问 题，只 有在人 的审美 活动中 ，它的 审美意 义才得 到呈现 。
在地面上，任何物体受到的压强都是一个大气压。从地面往下走， 越深气压越大，水的沸点越高。深度平均每增加1千米，水的沸点就 要提高37℃。反之，水的沸腾温度则会降低。高山上不易把饭煮熟， 就是因为那里的气压低，水不到100 ℃就沸腾了。如果你在珠穆朗玛 峰的峰顶烧水，烧到72 ℃左右，水就会沸腾。
沸腾传热 ppt课件
影响池式沸腾的因素
系统压力 主流液体的温度（或欠热度）：欠热度对传热
强度影响很小，但对qc有显著影响，qc随欠热 度的增加而升高。 加热表面粗糙度：壁表面越粗糙，泡化空穴越 大，使泡核沸腾传热增强； 壁面方位和尺寸。 其他如液-壁接触角和液体中含不凝气体等
控制热流密度加热时大空间 饱和沸腾换热的烧毁点：
临界热流密度
C点--临界热流密度点（CHF）：标志着泡核沸 腾的上限。在C点之后由于部分加热表面被整 齐覆盖而使传热减弱。或者可能因为q的稍微 增加而导致壁温骤然增加（近1000℃），将可 能导致壁面烧毁。因此qmax亦称为烧毁点。
两种机理：1、汽泡合并；2、流体动力学不稳 定性（造成的结果都是蒸汽覆盖表面而传热恶 化）
随着q的增加，在 加热面上产生气泡， 但很快在跃离壁面 之前就被冷凝了， 在热边界层引起微 量的对流
当液体温度接近ts 时，气泡在加热面 上长大并跃离壁面， 它们升向自由表面 的过程中，被冷液 体所冷凝
当液体达到饱和温 度时，气泡将不再 在液体中凝结，而 是上升到自由表面
两种临界热流密度点（CHF）工况
TW TW TS TSUBTS Tf
大容积沸腾传热
定义:浸没在池内（大容积内）原来静止 （或流速很低）液体内的受热面上产生的 沸腾。又称池式沸腾。
当池内液体整体温度比系统压力下的饱和温度 低时的沸腾叫欠热沸腾；当池内液体处在与系 统压力相应的饱和温度时的沸腾叫饱和沸腾
饱和沸腾： tf ts，twts
，G是给定的，故易算出通道壁面温度超过液体饱和温度的起
in
➢ 当壁面温度超过饱和温度时，不会立即就形成稳定 的过冷沸腾
在液体的单相对流区与 充分发展的过冷区之间 存在一个“部分沸腾” 区
传热学第七章凝结与沸腾换热课件
dp dx
0
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
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
7
只有u 和 t 两个未知量，于 是，上面得方程组化简为：
l g
l
2u y 2
0
al
2t y 2
0
26
为此，书中分别推荐了两个计算式 （1）对于水的大容器饱和核态沸腾，教材推荐适用米海
耶夫公式，压力范围：105～4106 Pa
h C1t 2.33 p0.5 C1 0.122 W (m N 0.5 K 3.33)
按 q ht
h C2q0.7 p0.15
C2 0.533W 0.3 (m0.3 N 0.15 K)
第六章我们分析了无相变的对流换热，包括强制对 流换热和自然对流换热 下面我们即将遇到的是有相变的对流换热，也称之为 相变换热，目前涉及的是凝结换热和沸腾换热两种。 相变换热的特点：由于有潜热释放和相变过程的复 杂性，比单相对流换热更复杂，因此，目前，工程 上也只能助于经验公式和实验关联式。
1
7-1 凝结换热
17
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。
18
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。
沸腾换热(课堂PPT)
North China Electric Power University
.
44
Intel Pentium 42.8 GHz CPU 无风扇散热器
.
45
笔记本电脑冷却器
.
46
双极晶体管冷却器
.
47
振荡流热管换热器(一)
.
48
振荡流热管换热器(二)
.
49
干燥机余热回收器
铜管内径2 mm, 8弯， 32 组
a) 最小的气泡在壁面上；即：壁面上的凹缝，空隙等是 生成气泡核的最好地点。
b) Δt=tw-ts
R
气泡量增多 h
c) p 、 T s 、 r
R m in 气泡核增多
h
.
20
7-5 大容器沸腾传热实验关联式 7.5.1.大容器饱和核态沸腾换热计算公式 （1）米海耶夫公式（适用于水在105～4×106压力下大容器饱和 沸腾）：
A
D
.
8
核态沸腾
.
9
过渡沸腾
.
10
膜态沸腾
.
11
沸腾危机:
（DNB: departure from nucleate boiling）偏离核沸腾点， 安全警界点
.
12
7.4.3 汽泡动力学简介
汽化核心：加热表面上能产生汽泡的地点。 （1）气泡得以存在的力学条件
气泡受到两种力作用： 表面张力σ、压强 p 表面张力σ使气泡表面积缩小 要使气泡长大，气泡内压力需 克服表面张力对外做功
.
22
Cwl 为根据加热面与液体种类选取的经验常数；
.
23
33％ 100％
.
24
（3）库珀（Cooper)公式（适用于制冷剂）：
《沸腾》PPT-完美版
•
（2）学生找句子，交流体会方法。
•
（3）教师归纳总结体会含义深刻的句 子方法 ：
•
联系上下文；联系生活实际；结合时 代背景 ；展开 丰富联 想。… …
•
师：希望同学们在以后的学习过程中 ，继续 运用我 们总结 的这些 体会句 子的方 法去学 习课文 ，一定 会有更 多的收 获。
•
日积月累
•
过渡：鲁迅先生的文章无疑是人类文 化宝库 中的一 笔财富 ，这节 课我们 一起细 细品读 鲁迅先 生文章 中的脍 炙人口 、发人 深省的 名言警 句。
3．酒精灯里装着酒精，酒精很容易燃烧，所以使用时要按要求去做，以免发生危
险。（ ）
4．通过水的蒸发和沸腾现象可以看出，水的形态不是固定不变的，它可以发生变
化。（ ）
三、科学探究：
把一壶凉水放在火炉上，不一会儿，水壶里就发出了一种唱歌似的声音，等水壶不
唱歌了，水就要开了。水壶里的歌声是从哪里来的呢？答：水壶里的歌声自水泡的破裂。
在地面上，任何物体受到的压强都是一个大气压。从地面往下走， 越深气压越大，水的沸点越高。深度平均每增加1千米，水的沸点就 要提高37℃。反之，水的沸腾温度则会降低。高山上不易把饭煮熟， 就是因为那里的气压低，水不到100 ℃就沸腾了。如果你在珠穆朗玛 峰的峰顶烧水，烧到72 ℃左右，水就会沸腾。
一、我来填一填：
•
（4）汇报交流，师生评议。
•
（5）教师小结。阅读了鲁迅先生的文 章，认 识了鲁 迅这位 伟大的 文学家 、思想 家和革 命家， 希望同 学们能 从他的 身上汲 取力量 ，超越 自我。
•
2、交流体会含义深刻的句子。
•
（ 1）学生读教材中的内容，谈理解 。
传热学《沸腾换热现象》PPT课件-10分钟试讲课件
4 ）稳定膜态沸腾
从 qmin 开始，随着 t 的上升， 气泡生长速度与跃离速度趋于平衡。 此时，在加热面上形成稳定的蒸汽膜 层，产生的蒸汽有规律地脱离膜层， 致使 t 上升时，热流密度 q 上升， 此阶段称为稳定膜态沸腾。
情况说明：
（ 1 ）峰值 qmax ，称为临界热流密度，亦称烧毁点。 对于依靠控制热流密度的设备如点加热器、核 反应堆，一旦热流密度超过峰值，工况将沿虚 线调至稳态膜态沸腾，温差将猛的突升1000℃，
研究表明：壁面上狭缝、凹坑、细缝等最有可能成为气化核心， 因为相比于平直面上的液体，这些地方的液体更容易受到加热的 影响，且狭缝更容易残留气体。
本章小结：
(1) 沸腾换热定义及分类 (2) 大容器饱和沸腾曲线 (3) 汽化核心形成
③随着 t 的增大， q 增大，当 t 增 大到一定值时， q 增加到最大值 ，汽 泡扰动剧烈，汽化核心对换热起决定作 用，则称该段为核态沸腾（泡状沸腾）。
其特点：温压小，换热强度大，其终点 的热流密度 q 达最大值 。工业设计中 应用该段。
3）过渡沸腾
从峰值点进一步提高 t ，热流密度 q 减小；当 增大到一定值时，热流密度 减小到 qmin ，这一阶段称为过渡沸腾。该 区段的特点是属于不稳定过程。 原因：汽泡的生长速度大于汽泡跃离加 热面的速度，使汽泡聚集覆盖在加热面 上，形成一层蒸汽膜，而蒸汽排除过程 恶化，致使 q m 下降。
不同的阶段：自然对流、核态沸
腾、过渡沸腾、稳定膜态沸腾， 如图所示：
从曲线变化规律可知：随壁面过热度的增大，区段Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ将整个曲线分成四个特定的换热过程，其特 性如下： 1）自然对流段（液面汽化段）
壁面过热度小时（图中 t 4 ℃）
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管内沸腾：因空间限制，蒸气和液体混合在一起，构 成汽液两相流
特点：沸腾状态随流向不断改变 2021/3/流2 体的运动是由外部手段及自然对流和气泡引发的混合而引起的4
将同样的两滴水分别滴在温度为120℃和300 ℃的锅面上，试问哪只锅上的水先被烧干， 为什么？
2021/3/2
5
大容器饱和沸腾曲线 ttwts0
2021/3/2
2
沸腾分类
饱和沸腾 大空间沸腾
过冷沸腾
管内沸腾 饱和沸腾 过冷沸腾
t ts t ts
2021/3/2
3
基本概念
大空间沸腾：高于饱和温度的热壁面沉浸在具有自由 表面的液体中进行沸腾
特点：蒸气泡自由浮升，进入容器空间 壁面附近的流体运动是由自然对流及气泡的生长和脱离导致的混合 而引起的
2021/3/2
20
2021/3/2
21
一个平底紫铜锅的底部直径为0.3m，由电加热器 维持在118℃。计算使锅中的水沸腾所需的功率。 蒸发速率？临界热流密度？
q lr g lv 1 2 C C w p r P ll tls 3 r 8k 6/W m 3 2 Q＝qA＝59.1kW
式中，除了r 和 l 的值由饱和温度 ts 决定外，其余物性 均以平均温度 tm ＝( tw＋ts ) / 2 为定性温度，特征长度 为管子外径d, 如果加热表面为球面，则上式中的系数 0.62改为0.67
2021/3/2
15
（2）考虑热辐射作用
由于模态换热时，壁面温度一般较高，因此，有必要考 虑热辐射换热的影响，它的影响有两部分，一是直接增 加了换热量，另一个是增大了汽膜厚度，从而减少了换 热量。因此，必须综合考虑热辐射效应。
为此，书中分别推荐了两个计算式
2021/3/210来自（1）米海耶夫公式——水
对于水的大容器饱和核态沸腾，教材推荐使用，压力范围： 105～4106 Pa
h0.53 q0.7 3p0.15 按 qht h0 .1 2t2 .3 2p 30 .5
2021/3/2
11
（2）罗森诺公式——多种液体
既然沸腾换热也属于对流换热，那么，st = f ( Re, Pr )也应 该适用。罗森诺正是在这种思路下，通过大量实验得出了如 下实验关联式：
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5 沸腾表面的结构 沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心，因此，凹坑 多，汽化核心多，换热就会得到强化。近几十年来的强化 沸腾换热的研究主要是增加表面凹坑。目前有两种常用的 手段：
(1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与化学手段在 换热表面上形成多孔结构。
(2)机械加工方法。
18
4 重力加速度
随着航空航天技术的进步，超重力和微重力条件下的传热规律
得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就现有的成果表
明，从0.1 ~ 1009.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热规律没 有影响，但对自然对流换热有影响，由于
Gr
gtl3 2
NuC(GPr rn)
因此，g Nu 换热加强。
沸腾传热
7.4 沸腾传热的模式 7.5 大容器沸腾传热的实验关联式 7.6 沸腾传热的影响因素及其强化
2021/3/2
1
基本概念
定义：
a 沸腾：工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态 的一种剧烈的汽化过程
b 沸腾换热：指工质通过气泡运动带走热量，并使壁 面冷却的一种传热方式
沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍然适用
2021/3/2
s — 经验指数，水s = 1,否则，s=1.7
13
2 大容器沸腾的临界热流密度
书中推荐使用如下经验公式：
q m a 2 x r4 v 1 2 g(lv )1 4
物性值由饱和温度 ts 决定外
2021/3/2
14
3 大容器膜态沸腾的实验关联式
（1）横管的模态沸腾
h0.6 2g rv vd ( (tlw tv s))3 v 14
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8
产生沸腾的条件
(2) 液体过热
d W (p v p l)d V d A
d W 0 ,d V d 4R 3 ,d d A 4 R 2 3
pv
pl
2
R
2021/3/2
pvpl,pl ps
TvTl Ts
9
大容器沸腾换热计算式
1 大容器饱和核态沸腾
影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而 汽化核心数受材料、表面状况、压力等因素的支配，所以 沸腾换热的情况液比较复杂，导致计算公式分歧较大。目 前存在两种计算是，一种是针对某一种液体，另一种是广 泛适用于各种液体的。
Departure from Nucleate boiling
C E
B
Natural convection
Nucleate boiling
A
Transition boiling
Film b20o21i/l3i/n2g
D
6
管内沸腾换热
2021/3/2
7
产生沸腾的条件
(1) 汽化核心
实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点， 而不是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为汽化核心.较普 遍的看法认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽 化核心，如图所示。
勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：
h43hc43hr43
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hr
(Tw4Ts4)
TwTs
16
影响沸腾换热的因素
沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素也 最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响因 素也只针对大容器沸腾换热。
1 不凝结气体
液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某种程度的强化
2 过冷度
只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时， h(tw，t因f )此n ，过冷会强化换热。
2021/3/2
17
3 液位高度
当传热表面上的液位足够高时， 沸腾换热表面传热系数与液位 高度无关。但当液位降低到一 定值(临界液位)时，表面传热系 数会明显地随液位的降低而升 高。
2021/3/2
S 1 t C wR l 0 .3e P 3lsr
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12
式中，
Nu r S t
RePr Cplt
R eqlr
g(l v)
Prl
Cpll l
r — 汽化潜热； Cpl — 饱和液体的比定压热容 g — 重力加速度 l —饱和液体的动力粘度 Cwl — 取决于加热表面－液体
组合情况的实验常数(表7-1) q — 沸腾传热的热流密度
特点：沸腾状态随流向不断改变 2021/3/流2 体的运动是由外部手段及自然对流和气泡引发的混合而引起的4
将同样的两滴水分别滴在温度为120℃和300 ℃的锅面上，试问哪只锅上的水先被烧干， 为什么？
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5
大容器饱和沸腾曲线 ttwts0
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沸腾分类
饱和沸腾 大空间沸腾
过冷沸腾
管内沸腾 饱和沸腾 过冷沸腾
t ts t ts
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3
基本概念
大空间沸腾：高于饱和温度的热壁面沉浸在具有自由 表面的液体中进行沸腾
特点：蒸气泡自由浮升，进入容器空间 壁面附近的流体运动是由自然对流及气泡的生长和脱离导致的混合 而引起的
2021/3/2
20
2021/3/2
21
一个平底紫铜锅的底部直径为0.3m，由电加热器 维持在118℃。计算使锅中的水沸腾所需的功率。 蒸发速率？临界热流密度？
q lr g lv 1 2 C C w p r P ll tls 3 r 8k 6/W m 3 2 Q＝qA＝59.1kW
式中，除了r 和 l 的值由饱和温度 ts 决定外，其余物性 均以平均温度 tm ＝( tw＋ts ) / 2 为定性温度，特征长度 为管子外径d, 如果加热表面为球面，则上式中的系数 0.62改为0.67
2021/3/2
15
（2）考虑热辐射作用
由于模态换热时，壁面温度一般较高，因此，有必要考 虑热辐射换热的影响，它的影响有两部分，一是直接增 加了换热量，另一个是增大了汽膜厚度，从而减少了换 热量。因此，必须综合考虑热辐射效应。
为此，书中分别推荐了两个计算式
2021/3/210来自（1）米海耶夫公式——水
对于水的大容器饱和核态沸腾，教材推荐使用，压力范围： 105～4106 Pa
h0.53 q0.7 3p0.15 按 qht h0 .1 2t2 .3 2p 30 .5
2021/3/2
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（2）罗森诺公式——多种液体
既然沸腾换热也属于对流换热，那么，st = f ( Re, Pr )也应 该适用。罗森诺正是在这种思路下，通过大量实验得出了如 下实验关联式：
2021/3/2
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5 沸腾表面的结构 沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心，因此，凹坑 多，汽化核心多，换热就会得到强化。近几十年来的强化 沸腾换热的研究主要是增加表面凹坑。目前有两种常用的 手段：
(1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与化学手段在 换热表面上形成多孔结构。
(2)机械加工方法。
18
4 重力加速度
随着航空航天技术的进步，超重力和微重力条件下的传热规律
得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就现有的成果表
明，从0.1 ~ 1009.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热规律没 有影响，但对自然对流换热有影响，由于
Gr
gtl3 2
NuC(GPr rn)
因此，g Nu 换热加强。
沸腾传热
7.4 沸腾传热的模式 7.5 大容器沸腾传热的实验关联式 7.6 沸腾传热的影响因素及其强化
2021/3/2
1
基本概念
定义：
a 沸腾：工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态 的一种剧烈的汽化过程
b 沸腾换热：指工质通过气泡运动带走热量，并使壁 面冷却的一种传热方式
沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍然适用
2021/3/2
s — 经验指数，水s = 1,否则，s=1.7
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2 大容器沸腾的临界热流密度
书中推荐使用如下经验公式：
q m a 2 x r4 v 1 2 g(lv )1 4
物性值由饱和温度 ts 决定外
2021/3/2
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3 大容器膜态沸腾的实验关联式
（1）横管的模态沸腾
h0.6 2g rv vd ( (tlw tv s))3 v 14
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8
产生沸腾的条件
(2) 液体过热
d W (p v p l)d V d A
d W 0 ,d V d 4R 3 ,d d A 4 R 2 3
pv
pl
2
R
2021/3/2
pvpl,pl ps
TvTl Ts
9
大容器沸腾换热计算式
1 大容器饱和核态沸腾
影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而 汽化核心数受材料、表面状况、压力等因素的支配，所以 沸腾换热的情况液比较复杂，导致计算公式分歧较大。目 前存在两种计算是，一种是针对某一种液体，另一种是广 泛适用于各种液体的。
Departure from Nucleate boiling
C E
B
Natural convection
Nucleate boiling
A
Transition boiling
Film b20o21i/l3i/n2g
D
6
管内沸腾换热
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产生沸腾的条件
(1) 汽化核心
实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点， 而不是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为汽化核心.较普 遍的看法认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽 化核心，如图所示。
勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：
h43hc43hr43
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(Tw4Ts4)
TwTs
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影响沸腾换热的因素
沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素也 最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响因 素也只针对大容器沸腾换热。
1 不凝结气体
液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某种程度的强化
2 过冷度
只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时， h(tw，t因f )此n ，过冷会强化换热。
2021/3/2
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3 液位高度
当传热表面上的液位足够高时， 沸腾换热表面传热系数与液位 高度无关。但当液位降低到一 定值(临界液位)时，表面传热系 数会明显地随液位的降低而升 高。
2021/3/2
S 1 t C wR l 0 .3e P 3lsr
2021/3/2
12
式中，
Nu r S t
RePr Cplt
R eqlr
g(l v)
Prl
Cpll l
r — 汽化潜热； Cpl — 饱和液体的比定压热容 g — 重力加速度 l —饱和液体的动力粘度 Cwl — 取决于加热表面－液体
组合情况的实验常数(表7-1) q — 沸腾传热的热流密度