传热学PPT讲稿
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此时，加热壁面与液体之间的传热称为沸腾传热
水在锅炉水冷壁中的沸腾汽化； ➢ 实例： 制冷剂在蒸发器内的蒸发；
➢ 分类： 大容器沸腾
(池沸腾 pool boiling)
强制对流沸腾
(流动沸腾 flow boiling)
过冷沸腾
(subcooled boiling)
饱和沸腾
(saturated boiling)
4. 汽泡动力学简介
研究汽泡的产生、长大、脱离过程
4.2 大容器沸腾传热计算
沸腾传热计算特点
牛顿冷却公式仍然适用 q htw ts ht
影响因素多
h f [t, g(1 v ), r, ,cp ,,,Cwl ]
与沸腾液体及表面材料有关的系数
计算公式分歧较大
4.2 大容器沸腾传热计算
（4）稳定膜态沸腾区（Δt>120℃） 通过汽膜的辐射传热占有重要的地位 稳定膜态沸腾与膜状凝结类似，不过因为热量必须穿过
的是热阻较大的汽膜，而不是液膜，所以表面传热系数比凝 结小得多。
4.1 沸 腾 传 热
3. 沸腾成核理论
汽化核心：能产生汽泡的特定地点 液体内部产生：均相成核 加热壁面上产生：非均相成核
4.1 沸 腾 传 热
2. 大容器饱和沸腾曲线
q与壁面过热度Δt关系曲线
拔山(Nukiyama)曲线, 1934年
分区： 自然对流区 核态沸腾区 孤立汽泡区 汽块区 过渡沸腾 膜态沸腾
大气压下水沸腾曲线
4.1 沸 腾 传 热
几个特殊的点
起始沸腾点：A点 临界点：D点→qmax(CHF) 偏离核态沸腾点(DNB)：C点 Leidenfrost点：E点→qmin
129
4.1 沸 腾 传 热
非均相成核：加热壁面上的汽化成核理论 ➢ 成核过程 ➢ 成核条件
① 具有一定的过热度(twts) ② 壁面凹腔处，且r>Rmin ③ (twts)越大，则Rmin越小
Rmin
2 Ts r v t
2 Ts rv (tw ts )
壁面会形成更多的汽化核心N(r)
4.1 沸 腾 传 热
经验指数，水：s=1；其它液体：s=1.7
物性参数按饱和温度确定
W.M. Rohsenow (1921-2011)
4.2 大容器沸腾传热计算
各种表面-液体组合情况的Cwl值
表面-液体组合情况
水-铜 水-铂 水-黄铜 正丁醇-铜 异丙醇-铜 正戊烷-铬 苯-铬 乙醇-铬 水-金钢砂磨光的铜 正戊烷-金钢砂磨光的铜 四氯化碳-金钢砂磨光的铜 水-金、磨光的不锈钢 水-化学腐蚀的不锈钢 水-机械磨光的不锈钢
Cwl
0.013 0.013 0.006 0.00305 0.00225 0.015 0.101 0.0027 0.0128 0.0154 0.0070 0.0080 0.0133 0.0132
罗森诺实验关联式与实验数据比较
4.2 大容器沸腾传热计算
2. 大容器饱和沸腾临界热流密度（CHF）
朱伯（N. Zuber）半经验公式
1. 大容器饱和核态沸腾
➢ 米海耶夫计算式
h 0.5335q0.7 p0.15 q ht
h 0.1224t2.33 p0.5
工质：水，p=1×105~4×106Pa；p: Pa, q: W/m2
➢ 罗森诺实验关联式
cpl t
rPrl s
Cwl
q
rl
0.33
g ( l
v )
组合经验常数
概述
概述
➢ 相变传热的定义
对流传热的同时伴随相的变化
➢ 特点
过程中流体温度不变，ts=const. 潜热大，相同条件下传热量大于单相介质对流传热量
传热温差小，传热系数大
➢ 计算方法
q ht
凝结换热：Δt=ts-tw 沸腾换热：Δt=tw-ts
4.1 沸 腾 传 热
1. 概 述
蒸发 (evaporation) ➢ 定义：当tw>ts时，液体强烈汽化并形沸成腾汽泡(b的oil过ing程) 称为沸腾
传热学课件
第四章 相变对流传热分析与计算
主要内容
概述 沸腾传热
大容器饱和沸腾曲线 沸腾传热的计算 影响因素及其强化 流动沸腾传热特征
凝结传热
凝结方式 Nusselt膜状凝结理论 影响因素及其强化
概述
➢ 日常生活中的相变传热过程
汽化 凝结
心急水不开；欲速则不达
发汗冷却
➢ 工程实例
锅炉水冷壁 凝汽器
汽块区：汽泡相互靠近融合，形成汽块或汽柱 在C点，汽泡融合非常剧烈，形成大的汽块附着于加热 面而使传热性能下降，因此，CD曲线相对于BC来说较为平 缓，核态沸腾传热规律发生变化。
4.1 沸 腾 传 热
（3）过渡沸腾区 30℃≤Δt<120℃ 壁面过热度增大
汽泡汇聚覆盖加热面增大 传热性能下降
4.1 沸 腾 传 热
残留有微量气体，成为汽泡核 凹缝、裂穴处：
接触液体的壁面温度最高
4.1 沸 腾 传 热
均相成核：过热液体中的汽化成核理论
➢ 成核过程
➢ 成核条件
表面张力N/m
✓力平衡条件 R2 pv pl 2 R ✓ 热平衡条件 Tv Tl Ts
p 2
R T Ts p rv
pv>pl
蒸汽饱和
液体必过热 t 2Ts
临界热流密度的工程意义
热流密度可控 电加热、核反应堆 烧毁点 DNB：监视点
壁温可控 蒸发冷凝器
沸腾滞后
4.1 沸 腾 传 热
基本特征
（1）自然对流区 ：无气泡产生，0℃≤Δt<4℃ （2）核态沸腾区（4℃≤Δt<30℃ ） 孤立汽泡区：气泡独立地产生、长大、脱离，互不影响
4.1 沸 腾 传 热
qmax
kr
1/ v
2
[g
(
l
v )]1/ 4
说 明：
k=0.10~0.19
➢ 对于一般液体，k可取0.16；
➢ 物性参数按饱和温度确定；
➢ 加热面的特征尺寸远大于汽泡平均直径；
➢ qmax主要受压力影响。
4.2 大容器沸腾传热计算
3. 大容器膜态沸腾
水平圆柱膜态沸腾
有效汽化潜热
1
h
0.62
g
v
v3
(r 0.8cpvt)(l vd0 (tw ts )
v
)
4
蒸汽物性按(tw+ts)/2 确定，其他按ts确定
r v R
✓ 汽泡最小半径
Rmin
2 Ts r v t
2 Ts rv (tw ts )
4.1 沸 腾 传 热
均相成核：过热液体中的汽化成核理论
最大过热度（p=1atm）
液体种类 可达到的最大过热度，K 实验值 理论计算值
水
170
166
甲醇
114
96
乙醇
123
ຫໍສະໝຸດ Baidu
93
乙醚
108
92
苯
128
124
氯苯
118
水在锅炉水冷壁中的沸腾汽化； ➢ 实例： 制冷剂在蒸发器内的蒸发；
➢ 分类： 大容器沸腾
(池沸腾 pool boiling)
强制对流沸腾
(流动沸腾 flow boiling)
过冷沸腾
(subcooled boiling)
饱和沸腾
(saturated boiling)
4. 汽泡动力学简介
研究汽泡的产生、长大、脱离过程
4.2 大容器沸腾传热计算
沸腾传热计算特点
牛顿冷却公式仍然适用 q htw ts ht
影响因素多
h f [t, g(1 v ), r, ,cp ,,,Cwl ]
与沸腾液体及表面材料有关的系数
计算公式分歧较大
4.2 大容器沸腾传热计算
（4）稳定膜态沸腾区（Δt>120℃） 通过汽膜的辐射传热占有重要的地位 稳定膜态沸腾与膜状凝结类似，不过因为热量必须穿过
的是热阻较大的汽膜，而不是液膜，所以表面传热系数比凝 结小得多。
4.1 沸 腾 传 热
3. 沸腾成核理论
汽化核心：能产生汽泡的特定地点 液体内部产生：均相成核 加热壁面上产生：非均相成核
4.1 沸 腾 传 热
2. 大容器饱和沸腾曲线
q与壁面过热度Δt关系曲线
拔山(Nukiyama)曲线, 1934年
分区： 自然对流区 核态沸腾区 孤立汽泡区 汽块区 过渡沸腾 膜态沸腾
大气压下水沸腾曲线
4.1 沸 腾 传 热
几个特殊的点
起始沸腾点：A点 临界点：D点→qmax(CHF) 偏离核态沸腾点(DNB)：C点 Leidenfrost点：E点→qmin
129
4.1 沸 腾 传 热
非均相成核：加热壁面上的汽化成核理论 ➢ 成核过程 ➢ 成核条件
① 具有一定的过热度(twts) ② 壁面凹腔处，且r>Rmin ③ (twts)越大，则Rmin越小
Rmin
2 Ts r v t
2 Ts rv (tw ts )
壁面会形成更多的汽化核心N(r)
4.1 沸 腾 传 热
经验指数，水：s=1；其它液体：s=1.7
物性参数按饱和温度确定
W.M. Rohsenow (1921-2011)
4.2 大容器沸腾传热计算
各种表面-液体组合情况的Cwl值
表面-液体组合情况
水-铜 水-铂 水-黄铜 正丁醇-铜 异丙醇-铜 正戊烷-铬 苯-铬 乙醇-铬 水-金钢砂磨光的铜 正戊烷-金钢砂磨光的铜 四氯化碳-金钢砂磨光的铜 水-金、磨光的不锈钢 水-化学腐蚀的不锈钢 水-机械磨光的不锈钢
Cwl
0.013 0.013 0.006 0.00305 0.00225 0.015 0.101 0.0027 0.0128 0.0154 0.0070 0.0080 0.0133 0.0132
罗森诺实验关联式与实验数据比较
4.2 大容器沸腾传热计算
2. 大容器饱和沸腾临界热流密度（CHF）
朱伯（N. Zuber）半经验公式
1. 大容器饱和核态沸腾
➢ 米海耶夫计算式
h 0.5335q0.7 p0.15 q ht
h 0.1224t2.33 p0.5
工质：水，p=1×105~4×106Pa；p: Pa, q: W/m2
➢ 罗森诺实验关联式
cpl t
rPrl s
Cwl
q
rl
0.33
g ( l
v )
组合经验常数
概述
概述
➢ 相变传热的定义
对流传热的同时伴随相的变化
➢ 特点
过程中流体温度不变，ts=const. 潜热大，相同条件下传热量大于单相介质对流传热量
传热温差小，传热系数大
➢ 计算方法
q ht
凝结换热：Δt=ts-tw 沸腾换热：Δt=tw-ts
4.1 沸 腾 传 热
1. 概 述
蒸发 (evaporation) ➢ 定义：当tw>ts时，液体强烈汽化并形沸成腾汽泡(b的oil过ing程) 称为沸腾
传热学课件
第四章 相变对流传热分析与计算
主要内容
概述 沸腾传热
大容器饱和沸腾曲线 沸腾传热的计算 影响因素及其强化 流动沸腾传热特征
凝结传热
凝结方式 Nusselt膜状凝结理论 影响因素及其强化
概述
➢ 日常生活中的相变传热过程
汽化 凝结
心急水不开；欲速则不达
发汗冷却
➢ 工程实例
锅炉水冷壁 凝汽器
汽块区：汽泡相互靠近融合，形成汽块或汽柱 在C点，汽泡融合非常剧烈，形成大的汽块附着于加热 面而使传热性能下降，因此，CD曲线相对于BC来说较为平 缓，核态沸腾传热规律发生变化。
4.1 沸 腾 传 热
（3）过渡沸腾区 30℃≤Δt<120℃ 壁面过热度增大
汽泡汇聚覆盖加热面增大 传热性能下降
4.1 沸 腾 传 热
残留有微量气体，成为汽泡核 凹缝、裂穴处：
接触液体的壁面温度最高
4.1 沸 腾 传 热
均相成核：过热液体中的汽化成核理论
➢ 成核过程
➢ 成核条件
表面张力N/m
✓力平衡条件 R2 pv pl 2 R ✓ 热平衡条件 Tv Tl Ts
p 2
R T Ts p rv
pv>pl
蒸汽饱和
液体必过热 t 2Ts
临界热流密度的工程意义
热流密度可控 电加热、核反应堆 烧毁点 DNB：监视点
壁温可控 蒸发冷凝器
沸腾滞后
4.1 沸 腾 传 热
基本特征
（1）自然对流区 ：无气泡产生，0℃≤Δt<4℃ （2）核态沸腾区（4℃≤Δt<30℃ ） 孤立汽泡区：气泡独立地产生、长大、脱离，互不影响
4.1 沸 腾 传 热
qmax
kr
1/ v
2
[g
(
l
v )]1/ 4
说 明：
k=0.10~0.19
➢ 对于一般液体，k可取0.16；
➢ 物性参数按饱和温度确定；
➢ 加热面的特征尺寸远大于汽泡平均直径；
➢ qmax主要受压力影响。
4.2 大容器沸腾传热计算
3. 大容器膜态沸腾
水平圆柱膜态沸腾
有效汽化潜热
1
h
0.62
g
v
v3
(r 0.8cpvt)(l vd0 (tw ts )
v
)
4
蒸汽物性按(tw+ts)/2 确定，其他按ts确定
r v R
✓ 汽泡最小半径
Rmin
2 Ts r v t
2 Ts rv (tw ts )
4.1 沸 腾 传 热
均相成核：过热液体中的汽化成核理论
最大过热度（p=1atm）
液体种类 可达到的最大过热度，K 实验值 理论计算值
水
170
166
甲醇
114
96
乙醇
123
ຫໍສະໝຸດ Baidu
93
乙醚
108
92
苯
128
124
氯苯
118