增强凝结换热
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g r 1 h hx dx 0.943 l0 l t t s w
l 2 3 1/ 4
，
1.2 层流膜状凝结换热准则关系式 凝结液膜雷诺数 Re c 及凝结准则Co
d eum d eum Re c
g Co h 2
4 xt s t w 2 gr
1/ 4
t s t w d dx 2 gr
3
对流换热系数
g r hx 4 xt s t w
2 3
1/ 4
积分求出垂直壁面层流液膜的平均表面传热系数：
x
M dM y
M dM H
dy
x
基本假设 1. 物性参数为常数； 2. 液膜流动状态为层流； 3. 液膜表面温度等于蒸汽饱和温度； 4. 蒸汽是静止的，对液膜表面无粘滞应力作用； 5. 液膜很薄且流动速度缓慢，可忽略液膜惯性力；
6. 凝结热以导热方式通过液膜，膜内温度为线性；
Liquid flow Bubble flow Slug flow Annular flow Mist flow
Heated Surface
过冷沸腾：指液体主流尚未达到饱和温度，即处于过冷状态， 而壁面上开始产生气泡，称之为过冷沸腾
饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度，而壁面温度高于饱和 温度所发生的沸腾，称之为饱和沸腾
1. 膜状凝结换热 1.1 层流膜状凝结理论解 层流膜状凝结理论解是1916 年努谢尔特最先导得的。
基本特征如图 液膜状况
y
理论近似
y
平衡分析
M
x
g
MH
dx
tw
t s t
tw t t s
t dx y w
dM
H dM
uv
液膜
蒸汽
du 0 dy
第七章 凝结与沸腾换热
主要内容：相变换热机理及基本的 换热准则关联式。
第一节 凝 结 换 热
两种凝结方式： 膜状凝结：沿整个壁面形成一层薄膜， 并且在重力的作用下流动，凝结放出的 汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚 度直接影响了热量传递
tw ts tw ts
g
g
珠状凝结：当凝结液体不能很好的浸润 壁面时，则在壁面上形成许多小液珠， 此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触， 因此，换热速率远大于膜状凝结（可能 大几倍，甚至一个数量级）
7. 忽略液膜过冷度，凝液的焓即为饱和液体的焓。 理论分析 以液膜为研究对象，取一微元体(如图)，分析其质量、动 量和能量平衡。
速度分布 由于忽略液膜惯性力，液膜内的速度仅由粘性力与重力所 决定。经理论分析可得断面内的速度分布函数为
g 1 2 u y y f1 , y 2
2. 影响膜状凝结的因素及增强换热的措施 影响因素： 蒸气速度，顺液膜流动方向或蒸汽流速很大(>10m/s)， 增强凝结换热； 蒸气含不凝气体，阻碍蒸汽向液体表面的流动，降低传热 效果； 表面粗糙度，低雷诺数时降低传热系数，高雷诺数时增强 换热； 蒸气含油，形成油垢增加热阻； 蒸气过热，过热度对换热系数影响很小。 增强凝结换热措施：
3 2
1 / 3
h g
2
1/ 3
准则关联式 雷诺数的计算
Co 1.47 Re c
1 / 3
4f de 4 U
d eum d eum Re c
Re c
4 u m
4hlt s t w r 4M
因雷诺数与待求的换热系数 h 有关，凝结换热系数的计算 需要试算。 其他形状物体表面及紊流换热准则关联式见书中推荐的公 式。 思考与注意：如果紊流部分所占比例不是很大，整个壁面 的平均凝结换热系数应按加权平均计算
表面张力作用力 2R 两力平衡时
pv
R
pv pl R 2 2R
2 p v pl R 此时，气泡既不长大也不缩小。 2 p v pl 时，气泡继续长大。同时说明 R 越小， R 所需压强差越大。R → 0 时，所需压强差趋于无穷大。
饱和温度与饱和压力的关系 饱和温度与饱和压力一一对应，其关系可用以下微分关 系式描述
1. 泡态沸腾机理(汽泡动力学简介)
汽泡的成长过程 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。
气泡力平衡分析 上半球面压强差作用力
pl
pv pl R 2
0
即给定液膜厚度，就能确定液膜内的质量流量，微分关系式为
dM 2 g 2 dM d d f 2 d d
能量平衡关系式
ts tw H H dM dx r
液膜厚度
2 g 2 ts tw r d dx
du 验证：Hale Waihona Puke Baidu g y dy
平衡，说明速度分布正确 质流量
d g dy
粘滞力与重力相
2g 1 2 2 g 3 M udy y y dy 2 3 0 0
f1 , y dy M
改变表面几何特征，如开槽、挂丝，加速凝液排除； 有效排出不凝气体 ； 使用外力，如离心力、振动等，加速凝液排除； 促进珠状凝结。
第二节 沸 腾 换 热
沸腾分为大空间沸腾(池内沸腾)和有限空间沸腾(强制对流 沸腾)，每种又分为过冷沸腾和饱和沸腾。 大容器沸腾(池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面的液 体中所发生的沸腾； 强制对流沸腾：强制对流＋沸腾(常见于管内沸腾)
r v l r v dp dT s Ts l s Ts
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1.2 层流膜状凝结换热准则关系式 凝结液膜雷诺数 Re c 及凝结准则Co
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对流换热系数
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积分求出垂直壁面层流液膜的平均表面传热系数：
x
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x
基本假设 1. 物性参数为常数； 2. 液膜流动状态为层流； 3. 液膜表面温度等于蒸汽饱和温度； 4. 蒸汽是静止的，对液膜表面无粘滞应力作用； 5. 液膜很薄且流动速度缓慢，可忽略液膜惯性力；
6. 凝结热以导热方式通过液膜，膜内温度为线性；
Liquid flow Bubble flow Slug flow Annular flow Mist flow
Heated Surface
过冷沸腾：指液体主流尚未达到饱和温度，即处于过冷状态， 而壁面上开始产生气泡，称之为过冷沸腾
饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度，而壁面温度高于饱和 温度所发生的沸腾，称之为饱和沸腾
1. 膜状凝结换热 1.1 层流膜状凝结理论解 层流膜状凝结理论解是1916 年努谢尔特最先导得的。
基本特征如图 液膜状况
y
理论近似
y
平衡分析
M
x
g
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dM
H dM
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液膜
蒸汽
du 0 dy
第七章 凝结与沸腾换热
主要内容：相变换热机理及基本的 换热准则关联式。
第一节 凝 结 换 热
两种凝结方式： 膜状凝结：沿整个壁面形成一层薄膜， 并且在重力的作用下流动，凝结放出的 汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚 度直接影响了热量传递
tw ts tw ts
g
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珠状凝结：当凝结液体不能很好的浸润 壁面时，则在壁面上形成许多小液珠， 此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触， 因此，换热速率远大于膜状凝结（可能 大几倍，甚至一个数量级）
7. 忽略液膜过冷度，凝液的焓即为饱和液体的焓。 理论分析 以液膜为研究对象，取一微元体(如图)，分析其质量、动 量和能量平衡。
速度分布 由于忽略液膜惯性力，液膜内的速度仅由粘性力与重力所 决定。经理论分析可得断面内的速度分布函数为
g 1 2 u y y f1 , y 2
2. 影响膜状凝结的因素及增强换热的措施 影响因素： 蒸气速度，顺液膜流动方向或蒸汽流速很大(>10m/s)， 增强凝结换热； 蒸气含不凝气体，阻碍蒸汽向液体表面的流动，降低传热 效果； 表面粗糙度，低雷诺数时降低传热系数，高雷诺数时增强 换热； 蒸气含油，形成油垢增加热阻； 蒸气过热，过热度对换热系数影响很小。 增强凝结换热措施：
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准则关联式 雷诺数的计算
Co 1.47 Re c
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因雷诺数与待求的换热系数 h 有关，凝结换热系数的计算 需要试算。 其他形状物体表面及紊流换热准则关联式见书中推荐的公 式。 思考与注意：如果紊流部分所占比例不是很大，整个壁面 的平均凝结换热系数应按加权平均计算
表面张力作用力 2R 两力平衡时
pv
R
pv pl R 2 2R
2 p v pl R 此时，气泡既不长大也不缩小。 2 p v pl 时，气泡继续长大。同时说明 R 越小， R 所需压强差越大。R → 0 时，所需压强差趋于无穷大。
饱和温度与饱和压力的关系 饱和温度与饱和压力一一对应，其关系可用以下微分关 系式描述
1. 泡态沸腾机理(汽泡动力学简介)
汽泡的成长过程 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。
气泡力平衡分析 上半球面压强差作用力
pl
pv pl R 2
0
即给定液膜厚度，就能确定液膜内的质量流量，微分关系式为
dM 2 g 2 dM d d f 2 d d
能量平衡关系式
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液膜厚度
2 g 2 ts tw r d dx
du 验证：Hale Waihona Puke Baidu g y dy
平衡，说明速度分布正确 质流量
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粘滞力与重力相
2g 1 2 2 g 3 M udy y y dy 2 3 0 0
f1 , y dy M
改变表面几何特征，如开槽、挂丝，加速凝液排除； 有效排出不凝气体 ； 使用外力，如离心力、振动等，加速凝液排除； 促进珠状凝结。
第二节 沸 腾 换 热
沸腾分为大空间沸腾(池内沸腾)和有限空间沸腾(强制对流 沸腾)，每种又分为过冷沸腾和饱和沸腾。 大容器沸腾(池内沸腾)：加热壁面沉浸在具有自由表面的液 体中所发生的沸腾； 强制对流沸腾：强制对流＋沸腾(常见于管内沸腾)
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