7.4沸腾传热汇总
水沸腾实验知识点总结
水沸腾实验知识点总结1. 沸腾的定义沸腾是指液体在加热过程中达到一定温度时，液体内部产生大量气泡，并且气泡从液体底部迅速向上升腾，形成白色的水蒸气，液体表面不断地起波动的现象。
此时，液体的温度称为饱和温度（沸点）。
2. 沸点的影响因素沸点的大小受到压力的影响。
一般情况下，在大气压下水的沸点为100摄氏度，但在高地区，由于气压较小，水的沸点会降低。
相反，在高压状态下，液体的沸点会升高。
3. 沸腾的热力学原理沸腾是一种传热方式，当液体的温度升高时，液体内部的分子动能增加，当达到饱和温度时，生成的气泡能够克服液体的表面张力，向上升腾并迅速消失，这种现象称为“沸腾”。
在沸腾的过程中，液体分子与气泡内的水蒸气层之间有多次传热，内部分子受到了外部传热方式，导致液体的温度升高。
4. 沸腾的应用沸腾是一种传热方式，在日常生活中，沸腾广泛应用于烹饪、消毒、制备溶液等方面。
在工业领域，沸腾也被广泛应用于蒸汽发电、化工生产等方面。
5. 水的沸腾实验水的沸腾实验是化学实验中的经典实验之一。
通过对水的加热观察水的沸腾过程，可以帮助学生了解沸腾的现象和热力学原理，同时也可以培养学生的实验操作能力和科学精神。
下面我们来详细介绍一下水的沸腾实验：（1）实验仪器和试剂：- 实验仪器：酒精灯或者燃气灶、实验台、试管、电磁加热器等。
- 试剂：蒸馏水。
（2）实验步骤：1）首先将试管中加入适量的蒸馏水。
2）然后将试管放置在酒精灯或者燃气灶上，加热试管中的水。
3）观察并记录水的沸腾现象。
（3）实验现象及解释：在加热过程中，当水的温度升高到一定程度时，液体内部产生许多气泡，气泡从液体底部迅速向上升腾，形成白色的水蒸气，液体表面不断地起波动。
这就是水的沸腾现象。
实验说明水达到了饱和温度，气泡不断形成并从水中释放出来。
（4）实验中需要注意的问题：1）实验过程中要小心操作，避免受伤。
2）实验结束后要及时关闭加热设备，注意安全。
（5）实验教学意义：水的沸腾实验是一个直观的实验，能够让学生观察到沸腾的现象，并对沸腾的原理有一个直观的认识。
7.4 沸腾传热的模式
7.4 沸腾传热的模式液体的汽化（vaporization）可区分为蒸发（evaporation）和沸腾（boiling）两种。
前者指发生在液体表面上的汽化过程，后者则指在液体内部以产生汽泡的形式进行的汽化过程。
就流体运动的动力而言，沸腾过程又有大容器沸腾，又称池沸腾（pool boiling）和管内沸腾（in-tube boiling）两种。
大容器沸腾时流体的运动是由于温差和汽泡的扰动所引起的，而管内沸腾则需外加的压差作用才能维持。
本节通过大容器沸腾的介绍阐明沸腾传热的机理和基本特点，管内沸腾则留待到沸腾传热的影响因素中去介绍。
7.4.1 大容器饱和沸腾的三个区域现在来做一个观察沸腾传热现象的实验。
在盛水的烧杯中置入一根不锈钢细管，通电加热以使其表面上产生汽泡。
烧杯底下的电热器用于将水加热到饱和温度，这样在不锈钢管表面上进行的沸腾称为饱和沸腾（saturated boiling）。
随着电流密度的加大，亦即表面温度与饱和温度的温差Δt = t w - t s（称为过热度）的增加，烧杯中的水与不锈钢管表面之间的热交换会依次出现以下区域（如图7-14所示）：图7-14饱和水在水平加热面上沸腾的q~Δt曲线(p = 1.013×105Pa)（1）自然对流区：壁面过热度较小（对于水在一个大气压下的饱和沸腾为Δt < 4℃）时，壁面上没有汽泡产生，传热属于自然对流工况。
（2）核态沸腾区（nucleate boiling）：当加热壁面的过热度Δt > 4℃后，壁面上个别地点（称为汽化核心）开始产生汽泡，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称孤立汽泡区，其沸腾景象如图7-15a所示。
随着Δt进一步增加，汽化核心增加，汽泡互相影响，并会合成气块及气柱，图景如图7-15b所示。
在这两个区中，汽泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。
由于汽化核心对传热起着决定性影响，这两区的沸腾统称为核态沸腾（或称泡状沸腾）。
传热学7-2
热管中各个传递环节的热阻分析
设热管的外径 do =25mm， 内径 di =21mm，蒸发段长度 le及冷 凝段长度 lc均为 1m，碳钢导热系数 =43.2 W/(m· K)。热量从热 流体传到冷流体的过程中各个环节的热阻如下： (1). 从热流体到蒸发段外壁的换热热阻 R1 设蒸发段外表面总表面传热系数为 ho，e，则：
D
F
A B E
6/45
三 气泡动力学简介
1 沸腾传热具有较高传热强度的原因 气泡的形成、成长、脱离壁面所引起的各种 扰动而造成的。 要进一步强化沸腾传热就要设法增加加热表 面上产生气泡的地点----汽化核心 2 汽化核心产生地点
加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心
7/45
3 加热表面上要产生气泡液体必须过热
C
D
F
A B E
t q
5/45
沸腾传热有：
（1）壁温可以控制的情况 （2）热流密度可以控制的情况
C
临界热流密度 qmax
对于依靠控制热流密度来改 变工况的加热设备（电加热器 和核反应堆），一旦热流密度 超过峰值，工况将沿qmax 虚线 跳至稳定膜态沸腾线， t 将 猛升至近1000 º C，可能导致设 备的烧毁，所以qmax亦称烧毁点。 必须严格监视并控制热流密度。
R7
1
d o l c ho,c
在 R1~R7中，属于热管内部的热阻为R2~R6，其和为 6.78 10-3 K/W。一根长2m、直径为25mm的铜棒的热阻是上述钢-水 热管的1500倍。热管的这种特别优良的导热性能又被称为“超导 热性”。
本章作业
7-5、7-8、7-21、7-24、730、7-32
传热-第7章-2
School of Energy and Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升 主讲：
33％
100％
School of Energy and Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升 主讲：
（3）库珀（Cooper)公式（适用于制冷剂）： 库珀（Cooper)公式 适用于制冷剂）： 公式（
g ( ρl − ρ v ) q w = ηl r γ
1/ 2
c p , l ∆t n Cwl rPrl
3
（2）加热表面状况 ：决定汽化核心数目的多少。 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 壁面材料的种类、 度等。如壁面与沸腾液体间的润湿性、加热壁面的吸 度等。如壁面与沸腾液体间的润湿性、 热系数 (λρc)1/2对沸腾换热都有影响； 对沸腾换热都有影响； (b) 加热壁面的粗糙度； 加热壁面的粗糙度 的粗糙度； (c) 加热壁面的氧化、老化和污垢沉积情况等。 加热壁面的氧化、老化和污垢沉积情况等。
School of Energy and Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升 主讲：
7-5 沸腾换热计算公式 1.大容器饱和核态沸腾换热计算公式 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 米海耶夫公式（适用于水在10 力下大容器饱和沸腾） 力下大容器饱和沸腾）：
School of Energy and Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升 主讲：
（3）不凝结气体：强化传热 不凝结气体： （4）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。 的高度（即液位）等因素的影响。 了解影响核态沸腾换热主要因素的主要目的就 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。 是为了确定强化或者削弱沸腾换热的方法。
传热总结
1．核态沸腾：在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度，汽泡的剧烈扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增加。
2．膜态沸腾：在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的导热系数远小于液体的导热系数，因此表面传热系数大大下降。
3．影响自然对流传热系数的主要因素有：(流动起因，流动速度，流体有无相变，壁面的几何形状、大小和位置，流体的热物理性)4.沸腾的临界热通量是指(当壁面过热度大到某一程度时，汽泡来不及脱离加热面而开始连成不稳定的汽膜，即由核态沸腾开始向膜态沸腾过渡，出现临界点的热流密度）5.减小管内湍流对流传热热阻的方法(增加流速，采用短管。
改变流体物性，增加换热面积，扰流，采用导热系数大的流体用小管径等）6.反映对流传热强度的准则称为努塞尔准则7.管内充分发展湍流的传热系数与平均流速U的0.8次方成正比，与内径D的0.2次方成反比。
8.大空间自然对流处于湍流状态时有自模化特征，此时传热系数与尺寸无关9.自然对流传热在湍流条件下发生关于特征尺度L的自模化现象10.在蒸汽的凝结过程中珠状凝结的传热系数大于膜状凝结11.自然对流传热是指流体在浮升力作用下的对流12.管槽内对流传热的入口效应是指（流体入口段由于热边界层较薄而具有较高的对流传热系数）13.流体在大空间沿竖壁作自然对流传热时，对于湍流工况，其对流传热系数正比于竖壁高度的0次方14.大容器沸腾曲线分为自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾四个区段15.流体纯自然对流传热的准则方程可写成Nu＝f(Gr，Pr)流体掠过平板对流传热时，在下列边界层各区中，温度降主要发生在层流底层（1)主流区 (2)湍流边界层(3)层流底层(4)缓冲区 (5)湍流核心区16.空气自然对流传热系数与强迫对流时的对流传热系数相比要小的多是从核态沸腾过渡到膜态沸腾的转折点17.沸腾的临界热流量qc18.液体沸腾时，汽泡内的压力大于汽泡外液体的压力表面张力19.定型准则是指全部由已知量构成的准则20.工程中，较为常用的沸腾工况是指核态沸腾21.下述哪种手段对提高对流传热系数无效?(1)提高流速(2)增大管径(3)采用入口效应 (4)采用导热系数大的流体22.Nu(努谢尔特)准则反映2)对流传热强度23.判断管内湍流强制对流是否需要进行人口效应修正的依据是l/d<5024.相变传热的特征为)液体的表面张力、汽化潜热25.冷却液润湿壁面的能力取决液体的表面张力、液体与壁面间的附着力26.在饱和沸腾时，随着壁面过热度的增高将会出4 个换热规律全然不同的区域。
7.4沸腾传热解析
饱和水蒸汽在长2m，外径19mm的管外凝结， 如气压为0.074bar(绝对)，管壁平均温度为2 5℃，求将管横放和竖放时的平均凝结换热系 数及凝结液量。
本章作业
• 7-11、7-17、7-23
T
Tl
Ts
2Ts rv R
R
Rmin
2 Ts rv (tw
ts
)
克拉贝隆方程
式中： — 表面张力，N/m；r — 汽化潜热，J/kg v — 蒸汽密度，kg/m3；tw — 壁面温度，C ts — 对应压力下的饱和温度， C
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
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
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
(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。
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
l
r
g
l
v
1 2 C pl t
C
wl
r
Prl
s
3
863 k W
可见， (tw – ts ) , Rmin 同一加热面上，可成为汽 化核心的凹穴数量增加 汽化核心数增加 换热增强
Nucleate boiling
A
D
Transition boiling
7.4 沸腾传热的模式
7.4 沸腾传热的模式液体的汽化（vaporization）可区分为蒸发（evaporation）和沸腾（boiling）两种。
前者指发生在液体表面上的汽化过程，后者则指在液体内部以产生汽泡的形式进行的汽化过程。
就流体运动的动力而言，沸腾过程又有大容器沸腾，又称池沸腾（pool boiling）和管内沸腾（in-tube boiling）两种。
大容器沸腾时流体的运动是由于温差和汽泡的扰动所引起的，而管内沸腾则需外加的压差作用才能维持。
本节通过大容器沸腾的介绍阐明沸腾传热的机理和基本特点，管内沸腾则留待到沸腾传热的影响因素中去介绍。
7.4.1 大容器饱和沸腾的三个区域现在来做一个观察沸腾传热现象的实验。
在盛水的烧杯中置入一根不锈钢细管，通电加热以使其表面上产生汽泡。
烧杯底下的电热器用于将水加热到饱和温度，这样在不锈钢管表面上进行的沸腾称为饱和沸腾（saturated boiling）。
随着电流密度的加大，亦即表面温度与饱和温度的温差Δt = t w - t s（称为过热度）的增加，烧杯中的水与不锈钢管表面之间的热交换会依次出现以下区域（如图7-14所示）：图7-14饱和水在水平加热面上沸腾的q~Δt曲线(p = 1.013×105Pa)（1）自然对流区：壁面过热度较小（对于水在一个大气压下的饱和沸腾为Δt < 4℃）时，壁面上没有汽泡产生，传热属于自然对流工况。
（2）核态沸腾区（nucleate boiling）：当加热壁面的过热度Δt > 4℃后，壁面上个别地点（称为汽化核心）开始产生汽泡，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称孤立汽泡区，其沸腾景象如图7-15a所示。
随着Δt进一步增加，汽化核心增加，汽泡互相影响，并会合成气块及气柱，图景如图7-15b所示。
在这两个区中，汽泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。
由于汽化核心对传热起着决定性影响，这两区的沸腾统称为核态沸腾（或称泡状沸腾）。
八年级上册物理沸腾知识点
八年级上册物理沸腾知识点物理学是一门探究自然规律的学科，而沸腾作为一个普遍存在于我们日常生活中的现象，其背后的物理规律更是值得我们深入理解和学习。
通过学习沸腾的知识，我们可以更好地了解物质的变化和传热机制，有助于我们更好地应用物理知识来解决日常生活中的实际问题。
一、沸腾的概念和发生条件沸腾是指液体在加热过程中大量产生气泡并向上冒出，而气泡中的蒸汽从液体中脱离出来，使液体在瞬间发生剧烈膨胀和冷却而产生的现象。
沸腾的发生条件主要有以下三个方面：1.液体温度达到饱和温度时；2.液体表面存在气体或其他杂质；3.液体受到外界加热或局部加热。
二、沸腾传热机制沸腾作为液态传热的一种形式，其传热机制具有独特性。
沸腾传热主要包括以下几个方面：1.液体表面的温度较高，气泡在液体表面形成并扩大，产生蒸汽并释放出热量；2.蒸汽可裸露在气相中，热量的传递不受空气传导或对流等方式的影响，大大提高了传热效果；3.在沸腾过程中，同时有蒸汽、气泡和液体充满了整个液体体积，传热速度极快。
三、沸腾的应用场景沸腾在日常生活中有许多应用，有助于我们更好地应用物理知识解决实际问题，提高生活质量。
下面列举几个常见的应用场景：1.冷却电子设备：利用沸腾流将热量传到电子设备的散热片上，然后从散热片散热出去；2.提高燃油效率：在汽车、飞机等燃油的使用中，采用沸腾等技术可大幅提高燃油的效率；3.清洗污染物：沸腾可用于实现一些环境清洁工作，如清洗污染物、水处理、废弃物处置等。
总结：本文介绍了八年级上册物理沸腾的知识点，包括沸腾的概念、发生条件、传热机制和应用场景等。
物理学作为一门基础学科，其知识对于我们的生活和工作都有着重要的作用。
因此，我们应该认真学习，掌握物理规律，更好地将其应用于实际问题的解决当中。
凝结与沸腾传热知识点总结
凝结与沸腾传热知识点总结一、凝结传热1. 基本概念凝结传热是指气体或蒸汽在与冷凝器或凝析器接触时，由于在高温高压下从气态转变为液态而释放出的潜热，使得冷却表面获得热量，达到热交换的目的。
凝结传热广泛应用于蒸汽动力设备、空调制冷系统、核电站等领域。
2. 传热机理凝结传热的机理主要包括蒸汽在冷却表面附近冷凝成液态的过程。
蒸汽接触冷却表面后，从气态开始逐渐降温，当温度降至饱和温度时，蒸汽开始冷凝成液态，同时向冷凝器表面释放潜热。
这一过程中，冷凝器表面得到了传热，达到冷却的效果。
3. 影响因素凝结传热的影响因素主要包括冷凝器表面的特性、冷却介质的流动情况、冷凝器的结构设计等。
其中，冷凝器表面的特性对传热性能影响较大，如表面粗糙度、表面材质等都会对凝结传热产生影响。
二、沸腾传热1. 基本概念沸腾传热是指在液体受热时，液体表面发生气泡并从表面蒸发的过程，通过气泡与液体间传热的方式，将热量传递给液体。
沸腾传热广泛应用于锅炉、蒸馏器、冷却设备等领域。
2. 传热机理沸腾传热的机理主要包括液体受热后，液体表面产生气泡并从表面蒸发，同时气泡与液体之间发生传热。
气泡在液体中的形成、生长、脱离和再次形成的过程构成了沸腾传热的基本机理。
3. 影响因素沸腾传热的影响因素主要包括液体的性质、加热表面的特性、液体的流动情况等。
其中，液体的性质对沸腾传热产生较大影响，如液体的表面张力、黏度、温度等都会对沸腾传热产生影响。
三、凝结与沸腾传热的比较凝结传热与沸腾传热在传热机理、应用领域等方面存在显著差异。
凝结传热是气体或蒸汽在冷却表面附近冷凝成液态，释放潜热的过程，适用于蒸汽动力设备、空调制冷系统等领域。
而沸腾传热是液体受热后，液体表面产生气泡并从表面蒸发，通过气泡与液体间传热的方式，适用于锅炉、蒸馏器等领域。
在传热特性上，沸腾传热的传热系数通常比凝结传热高，因此在某些情况下，沸腾传热更适于热交换。
此外，在应用领域上，凝结传热主要应用于蒸汽动力设备、空调制冷系统等领域，而沸腾传热主要应用于锅炉、蒸馏器、冷却设备等领域。
沸腾传热过程的流体力学特性及其应用
沸腾传热过程的流体力学特性及其应用沸腾传热是在高温下，液体内部产生气泡并通过气泡的形成、生长和脱落来传递热量的一种传热方式。
沸腾传热广泛应用于多个领域，包括化工、电力、核工程等。
本文将探讨沸腾传热过程中的流体力学特性以及其在工程中的应用。
一、沸腾传热的基本原理沸腾传热的基本原理是液体受热后产生气泡，在气泡形成与脱落过程中传递热量。
沸腾传热过程中的三个关键阶段是沸腾核形成、沸腾核生长和沸腾核脱落。
沸腾传热的热阻主要集中在液体与气泡的传热界面上。
这种传热方式快速高效，能够在相对较小的温差下实现大量热能的传递。
二、沸腾传热的流体力学特性1. 沸腾区域分布：沸腾过程中存在沸腾区域和非沸腾区域。
沸腾区域通常位于热源附近，而非沸腾区域则是在沸腾区域边界及其外部。
沸腾区域的形状和大小与流体特性以及热源参数有关。
2. 沸腾传热系数：沸腾传热系数是评价沸腾传热效果的重要指标。
沸腾传热系数与沸腾区域的形态、液体和热源的性质以及流体边界层的热传导等因素密切相关。
提高沸腾传热系数可以通过增加沸腾区域的表面积、增加液体活力度以及改变热源参数等途径。
3. 带泡沸腾和无泡沸腾：沸腾传热可以分为带泡沸腾和无泡沸腾两种形式。
带泡沸腾是典型的沸腾现象，气泡在液体中形成、生长和脱落。
无泡沸腾则是在微米尺度下进行，液体在高温下发生相变，形成气体通道进行热传导。
三、沸腾传热的应用1. 化工工程：沸腾传热广泛应用于化工过程中的换热设备，如蒸发器、冷凝器等。
沸腾传热可以提高换热效率，加快传热速度，提高生产效率。
此外，在化工反应器的温度控制中，沸腾传热也有重要应用。
2. 电力工程：电力发电中的锅炉中广泛采用沸腾传热方式。
燃料在锅炉内燃烧产生高温烟气，通过锅炉水管中的沸腾传热将热能转化为蒸汽，用于推动汽轮机发电。
沸腾传热的高效率和可靠性使得电力工程中广泛采用。
3. 核工程：核反应堆中的沸腾传热是核能发电的重要环节。
核燃料的分裂产生大量热能，需要通过冷却剂来控制温度。
实验四传热实验
108 7.4 实验四 传热实验在工业生产中传热是一个重要的单元操作，其投资在化工厂设备投资中可占到40％以上。
换热器的种类繁多，各种换热器的性能差异很大，为了合理的选用、操作、设计换热器，应该对它们的性能有充分的了解，除了文献资料外，实验测定换热器的性能是重要的途径之一。
本传热实验是测定套管换热器的传热性能，装置有两根套管换热器，一根为普通套管换热器，另一根为内插螺旋线圈的套管换热器，用水蒸气加热空气，采用计算机数据在线采集和自动控制系统，可实行自动操作或手动操作。
7.4.1 实验目的（1）掌握传热系数K 、传热膜系数1α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
（2）学会用作图法或最小二乘法确定关联式mARe Nu =中常数A 、m 的值。
（3）通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施。
7.4.2 实验原理流体在圆形直管中作强制湍流时，对流给热系数的准数关联式为：n m Pr BRe Nu = （7-4-1）系数B 与指数m 和n 则需由实验加以确定。
对于气体，Pr 基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，式（7-4-1）可简化为：m ARe Nu = （7-4-2）式中： λα11d Nu = μρ11u d Re = Re 中流速1u 是通过测孔板流量计的压差求得，空气的密度ρ与粘度μ是测进、出口温度查物性数据或由公式计算得到。
Nu 通过1α求得。
对于一侧为饱和蒸汽加热另一侧空气的情况，由于蒸汽侧对流给热系数2α>>1α，且换热器内管为紫铜管，其热导率很大，管壁很薄，则211d d K α≈ （7-4-3）又 m 211m 122p 2s )(t A d d t KA t t c m Q ∆≈∆=-=α （7-4-4） 由式（7-4-4）可通过空气的质量流量、空气的进、出口温度和蒸汽温度（因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等，也等于蒸汽温度）反求出1α，即可得到不同流量下的Nu 和Re ，然后用作图法或线性回归方法（最小二乘法）确定关联式mARe Nu =中常数A 、m 的值。
凝结与沸腾换热
等。
3
7.1 凝结传热的模式
7.1.1 珠状凝结与膜状凝结
凝结换热:蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜 热释放给固体壁面，并在壁面上形成凝结液的过程。 分类：根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种。
珠状凝结与膜状凝结
4
(1)膜状凝结
9
4. 蒸气流速 流速较高时（对于水蒸汽流速大于10m/s），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，h增大；反之使h减小。
5. 过热蒸气 把计算式中的潜热改为过热蒸气与饱和液的焓差。
6. 液膜过冷度及温度分布的非线性 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，
定义：指加热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的 沸腾称为大容器沸腾。 特点：气泡能自由浮升穿过液体自由面进入容器空间。
（2）管内沸腾 流体的运动需加外加的压差才能维持。
（3）饱和沸腾 定义：液体主体温度达到饱和温度，壁面温度高于饱和温 度所发生的沸腾称为饱和沸腾。 特点 : 随着壁面过热度的增高，出现4个换热规律全然不 同的区域。
32
qmax qmin
横坐标为壁面过热度（对数坐标）；纵坐标为热流密度（算术密度）。33
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。
1 ）单相自然对流段（液面汽 化段）
t4
壁面过热度小，沸腾尚未 开始，换热服从单相自然对流 规律。
34
2 ）核态沸腾（饱和沸腾）
所以 Re 4 hl( ts tw )
r
对水平管，用 代r 替上式中的 。 l
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）：
沸腾传热过程
l —饱和液体的动力粘度；
Cwl — 取决于加热表面－液体组合 情况的经验常数；
q — 沸腾传热的热流密度；
s — 经验指数，水s = 1,否则s=1.7。
14
沸腾传热系数计算
表 取决于加热表面－液体组合情况的经验常数Cwl
15
沸该腾式传还可热以系改数写计成算以下便于计算的形式
汽泡的产生和脱离速度几乎不 变，在壁面上形成稳定的汽膜。
E 区：辐射比例小 F区：辐射所占比例越来越大
CDቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F
AB
E
9
沸腾传热机理
管内沸腾传热：
➢ 竖直管内强制对流沸腾：
流动类型 • 单相水 • 泡状流 • 块状流 • 环状流 • 单相汽
换热类型 • 单相对流换热 • 过冷沸腾 • 液膜对流沸腾 • 湿蒸汽换热 • 过热蒸汽换热
上式可以改写为：
q
l
r
g(l
v
)
1
2
C pl
Cwl
r
t Prls
3
（*）
可见，q ~ t3 ，因此，尽管有时上述计算公式得到
的q与实验值的偏差高达100％，但已知q计算 t 时，
则可以将偏差缩小到33％。这一点在辐射换热种更为 明显。计算时必须谨慎处理热流密度。
16
沸腾传热系数计算
安全工程系列讲座 传热强化新技术及其工程应用
沸腾传热过程
周帼彦 副教授 2011-10-18
提纲
1 沸腾传热过程简介
2 沸腾传热机理 3 沸腾传热系数计算
4
影响沸腾传热的主要因素
5
沸腾传热过程强化
(完整版)《传热学》第7章_相变对流传热
第7章 相变对流传热
3. 管内凝结 管内凝结传热情况与蒸气流速有很大关系:当蒸气流速较低时,凝结
液主要聚集在管子底部,蒸气在管子上半部；当蒸气流速比较高时,形成 环状流动,中间蒸气四周凝结液,随着流动进行,凝结液占据整个截面。
4. 蒸气流速 努塞尔理论分析忽略了流速的影响，只适于流速较低的场合。当蒸
16
第7章 相变对流传热
家用空调的冷凝器中已成功应用了二维和 三维的微肋管。 低肋管凝结传热的表面传热系数比光管提 高2-4倍，锯齿管可以提高一个数量级，微 肋管可以提高2-3倍。 及时排液的技术： 两种加快及时排液的方法： 第一：在凝液下流的过程中分段排泄，有效地控制了液 膜的厚度，管表面的沟槽又可以起到减薄液膜厚度的作 用。主要用于立式冷凝器。 第二：右图中的泄流板可以使布置在该板上不 水平管束上的冷凝液体不会集聚到其下的其它 管束上。主要用于卧式冷凝器。
的潜热改为过热蒸气与饱和液的焓差即可。 6. 液膜过冷度及温度分布的非线性
努塞尔理论分析忽略了液膜过冷度的影响，并假设液膜中的温度呈
线性分布，利用r`代替公式中的潜热r即可兼顾以上两个因素。
r r 0.68cp tr tw
上式也可以表示为：
r r1 0.68 Ja
其中，Ja是雅各布数，定义为
竖壁凝结传热壁面的平均表面传热系数可以表示为：
h hl
xc l
ht
1
xc l
hl，ht分别是层流和湍流层的平均表面传热系数， xc是流态转折点的高度，l为壁面的总高度
整个壁面的平均表面传热系数可以通过以下实验关联式计算：
Nu Ga1/3 58 Prw1/ 2
Prw/ Prs
Re 1/ 4 Re 3/ 4 253
沸腾现象物理知识点总结
沸腾现象物理知识点总结1. 沸腾的原理沸腾是一种相变现象，当液体接收到热量时，其温度会不断上升，直至达到沸点。
过了沸点，液体内部会产生气泡，这些气泡会不断向上冒出，并在表面破裂，释放出大量的蒸汽。
在沸腾的过程中，液体的温度保持不变，直至液体被全部蒸发完为止。
2. 沸腾的影响因素沸腾现象受到许多因素的影响，包括液体性质、温度、压力和表面特性等。
液体性质：不同的液体在相同的温度和压力下，其沸腾点是不同的。
一般来说，挥发性较强的液体沸腾点较低。
温度：液体的沸腾点是受温度影响的，当温度升高时，液体的沸腾点也会升高。
压力：当压力升高时，液体的沸腾点也会升高。
而在低压下，液体的沸腾点会降低。
表面特性：表面粗糙度会影响沸腾的热传递效果，较光滑的表面能够提高热传递效率。
3. 沸腾的应用沸腾现象在工业生产中有着广泛的应用，特别是在加热和制冷过程中。
例如，制冷剂在蒸发冷却过程中就是利用了沸腾现象。
在石化工业中，沸腾也被用来加热和蒸发液体，进行蒸馏、干燥、浓缩等操作。
4. 沸腾的安全问题尽管沸腾在工业生产中有着广泛的应用，但在操作过程中也存在一定的安全问题。
例如，当液体在密闭容器中沸腾时，产生的大量蒸汽会增加容器的压力，如果压力过高，容器可能会爆炸。
因此，在工业生产中，需要采取相应的安全措施，确保沸腾过程的安全进行。
5. 沸腾现象的热传递机理沸腾是一种高效的热传递方式。
在沸腾过程中，大量的蒸汽由液体内部释放出来，具有很强的传热能力。
因此，沸腾被广泛应用于工业生产中的加热和制冷过程。
沸腾是一种复杂的传热现象，其传热机理包括了气泡形成、生长、脱离和蒸汽对流传热等过程。
气泡形成是沸腾过程的关键步骤，它的形成需要克服表面张力，当液体受热超过饱和温度时，气泡内压增加，从而气泡形成并向上移动。
气泡的生长过程是由于气泡内部的蒸汽不断增加，从而推动气泡向上生长。
气泡的脱离是指气泡从液体表面脱离，并释放出蒸汽的过程。
这一过程会释放出大量的热量，是沸腾过程中传热最为强烈的阶段。
7.4沸腾传热
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？
g l v q l r
12
C pl t 2 863 kW / m s C wl r Prl
3 14 v ) v
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
（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。 勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：
在室温下，玻璃的导热系数比空气大50倍以上， 因此希望采用双层结构的窗户，在这种结构中， 两层玻璃板之间有空气层。若通过空气层的传 热为导热，可以通过增大间隙厚度δ来提高相 应热阻。但是，这种方法的功效受到一些限制， 因为如果δ超过临界值就会引发对流流动，从 而使热阻降低。 考虑温度分别为22℃和-20℃的垂直玻璃板封 装的常压空气。要是通过空气的传热为导热， 允许的最大间距是多少？
产生沸腾的条件
(2) 液体过热
dW ( pv pl )dV dA
4 3 2 dW 0, dV d R , dA d 4R 3
2 pv pl R
pv pl , pl ps Tv Tl Ts
大容器沸腾换热计算式
1 大容器饱和核态沸腾
饱和水蒸汽在长2m，外径19mm的管外凝结， 如气压为0.074bar(绝对)，管壁平均温度为2 5℃，求将管横放和竖放时的平均凝结换热系
7-5大容器沸腾传热的实验关联式
二、大容器沸腾的临界热流密度
对于大容器沸腾的临界热流密度的计算，推荐采用如
下半经验公式：
qmax
24
r
V
g
(
l V2
v
)
1
4
(
l
v v2
)1
2
当压力离开临界压力较远时，上述右端最后一项取为1，
同时将流量分析得出的系数0.131用实验值0.149代替，得
勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：
h4 3 hc4 3 hr4 3
其中：
hr
(Tw4 Ts4 )
Tw Ts
传热学 Heat Transfer
)3v
)
1
4
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
传热学 Heat Transfer
（2）考虑热辐射作用
由于膜态换热时，壁面温度一般较高，因此，有必要考 虑辐射换热的影响，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。
g(l
v
)
Prls
无量纲关联式Ja＝f(Re,Pr)
可见， q ~ t3 ，因此，尽管有时上述计算公式得到的q
与实验值的偏差高达100Байду номын сангаас，但已知q计算 t ,则可以
将偏差缩小到33％。这一点在辐射换热种更为明显。计 算时必须谨慎处理热流密度。
传热学 Heat Transfer
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4/3
hr
4/3
h 254.1W / m2 K
Q hd (t w t s ) 742 W /m
1 、在对流温度差大小相同的条件下 , 在夏季 和冬季 , 屋顶天花板内表面的对流换热系数是 否相同 ? 为什么 ? 2、在地球表面某实验室内设计的自然对流换 热实验，到太空中是否仍然有效，为什么？
l
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：
qmax
24
12 rv
g ( l v )1 4
物性值由饱和温度 ts 决定外
3 大容器膜态沸腾的实验关联式
（1）横管的模态沸腾
gr v ( l h 0.62 v d (t w t s )
3 14 v )v
E
B Natural convection Nucleate boiling Transition boiling Film boiling A D
管内沸腾换热
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。
在室温下，玻璃的导热系数比空气大50倍以上， 因此希望采用双层结构的窗户，在这种结构中， 两层玻璃板之间有空气层。若通过空气层的传 热为导热，可以通过增大间隙厚度δ来提高相 应热阻。但是，这种方法的功效受到一些限制， 因为如果δ超过临界值就会引发对流流动，从 而使热阻降低。 考虑温度分别为22℃和-20℃的垂直玻璃板封 装的常压空气。要是通过空气的传热为导热， 允许的最大间距是多少？
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
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
3
Q＝qA＝59.1kW
m
Q 94 kg / h r
1 4 1 4 1.26MW / m2 1 2 q 0 . 149 r g max v ( l v ) qmax rv g l v
24
一个柱形金属铠装加热元件水平的浸没在水浴中，它的直径为 6mm，表面发射率为1。在稳态条件下金属的表面温度为255℃。 计算单位长度加热器的功耗。
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
（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。 勃洛姆来建议采用如下超越方程来计算：
h 0.533q p
0.7
0.15
按
q ht
h 0.122t
2.33
p
0.5
（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：
St 1 Cwl Re 0.33 Prls
产生沸腾的条件
(2) 液体过热
dW ( pv pl )dV dA
4 3 2 dW 0, dV d R , dA d 4R 3 2 pv pl , pl ps pv pl R Tv Tl Ts
大容器沸腾换热计算式
1 大容器饱和核态沸腾
沸腾分类
大空间沸腾 管内沸腾
饱和沸腾
过冷沸腾
饱和沸腾
t t s t t s
过冷沸腾
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
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
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。 为此，书中分别推荐了两个计算式
（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
h
43
43 hc
43 hr
hr
4 (Tw Ts4 )
Tw Ts
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 (t w t f ) n ，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。
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
gtl
3
2
Nu C (Gr Pr)
n
因此，g Nu 换热加强。
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。
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？
g l v q l r
12
C pl t 2 863 kW / m s C r Pr l wl
式中，
r — 汽化潜热； Cpl — 饱和液体的比定压热容 g — 重力加速度
Nu r St Re Pr C pl t
Re q l r
g ( l v )
l —饱和液体的动力粘度
P rl
C pl l
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 s — 经验指数，水s = 1,否则，s=1.7
tm tw ts 177 ℃ 2
Tw4 Ts4
Tw Ts
gr v l v v hc 0.62 v d t w t s
3
14
238 W / m2 K
hr
21.3W / m 2 K
h 4 / 3 hc
特点：沸腾状态随流向不断改变 流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
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？
大容器饱和沸腾曲线
C Departure from Nucleate boiling
t t w t s 0
饱和水蒸汽在长2m，外径19mm的管外凝结， 如气压为0.074bar(绝对)，管壁平均温度为2 5℃，求将管横放和竖放时的平均凝结换热系
数及凝结液量。
本章作业
•
7-11、7-17、7-23
2Ts T Tl Ts rv R
2 Ts R Rmin rv (t w t s )
克拉贝隆方程
式中： — 表面张力，N/m；r — 汽化潜热，J/kg
v — 蒸汽密度，kg/m3；tw — 壁面温度，C
ts — 对应压力下的饱和温度， C 可见， (tw – ts ) , Rmin 化核心的凹穴数量增加 同一加热面上，可成为汽 汽化核心数增加 换热增强