沸腾传热解析PPT精品课件

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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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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
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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。
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。
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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。
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为此，书中分别推荐了两个计算式
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（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.பைடு நூலகம்3 q0.7 3p0.15 按 qht h0 .1 2t2 .3 2p 30 .5
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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：
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
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（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。
S 1 t C wR l 0 .3e P 3lsr
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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
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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
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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
Departure from Nucleate boiling
C E
B
Natural convection
Nucleate boiling
A
Transition boiling
Film b20o21i/l3i/n1g
D
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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。
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1 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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大容器饱和沸腾曲线 ttwts0
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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
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pvpl,pl ps
TvTl Ts
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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。
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
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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
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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
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
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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
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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。