沸腾换热
沸腾换热计算式
沸腾换热计算式沸腾换热计算式(1) 大容器饱和核态沸腾前面的分析表明，影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数，而汽化核心又受到墨面材料及其表面状况、压力和物性的影响。
由于因素比较复杂，如墨面的表面状况受表面污染、氧化等影响而有不同，文献中提岀的计算式分歧较大。
在此仅介绍两种类型的计算式：一种是针对某一种液体的；另一种是广泛适用于各种液体的。
当然，针对性强的计算式精确度往往较高。
对于水，米海耶夫推荐的在105〜4X 10 6Pa压力下大容器饱和沸腾的计算式为Cj = (JJ224 *5!°^ 疋巧按q=h At的关系，上式也可转换成h二G严旷小(3-5)C2二(L5W5 W\/伽"・V • K)以上两式中h:沸腾换热表面传热系数，W/(m2・K)p:沸腾绝对压力，Pa;△ t:壁面过热度，C；q：热流密度，W/m2基于核态沸腾换热主要是气泡高度扰动的强制对流换热的设想验关联式式中C pi：饱和液体的比定压热容，J/(kg • K);C wl:取决于加热表面-液体组合情况的经验常数,推荐以下使用性光的实(3-4)r:汽化潜热,J/kg;g:重力加速度,m/s 2;Pr i：饱和液体的普朗数,Pr i=C pi卩i/k i饱和液体的动力粘度,kg/(m • s);P i、p v：饱和液体和饱和蒸汽的密度,kg/mY :液体-蒸汽截面的表面张力，N/m;s:经验指数，对于水s=1,对于其他液体s=表面-液体组合情况Gvi水-铜烧焦的铜抛光的铜水-黄铜水-铂水-不锈钢磨光并抛光的不锈钢化学腐蚀的不锈钢机械抛光的不锈钢苯-铬乙醇-铬由实验确定的C wi值见表3-1表3-1各种表面-液体组合情况的C wi值0 . S 04图3-5铂丝加热水的沸腾换热实验数据的整理水在不同压力下沸腾的实验数据与式（3-6）的比较见图3-5式（3-6）还可以改写成为以下便于计算的形式2）由于沸腾换热的复杂性，目前在各类对流换热的准则式中以沸腾换热准回式与实验数据的偏差程度最大。
沸腾强化换热原因
沸腾强化换热原因
沸腾强化换热是指在传统换热过程中，由于流体的沸腾现象而引起的加强换热效果。
沸腾强化换热的原因主要包括以下几点：
1.传热面积增加：在沸腾过程中，流体与换热壁面之间会形成大量的气液界面，这些界面的形成增加了传热面积，从而增强了换热效果。
2.温度梯度增大：沸腾过程中，由于液态流体与蒸汽在温度上的差异，使得传热界面上的温度梯度增大。
温度梯度的增大将导致更大的传热驱动力，从而提高换热效率。
3.对流换热增强：在沸腾过程中，由于液相的剪切作用，蒸汽的产生和泡沫的移动导致了流体的对流换热，这种对流换热机制使得热量的传递更加迅速和有效。
4.泡沫脱落热传递：在沸腾过程中，泡沫在壁面上形成并快速脱落，这种泡沫脱落会带走大量的热量，从而促进了换热过程。
5.液体搅动增强：在沸腾过程中，蒸汽的产生和泡沫的移动会引起流体的搅动，这种液体搅动可以破坏边界层，促进流体与换热面之间的传热，从而增强了换热效果。
总的来说，沸腾强化换热的原因是由于沸腾过程中产生的气液界面、温度梯度增大、对流换热、泡沫脱落和液体搅动等因
素共同作用，这些因素使得沸腾强化换热具有高效、高传热能力的特点。
沸腾换热计算式资料讲解
沸腾换热计算式沸腾换热计算式(1)大容器饱和核态沸腾前面的分析表明，影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数，而汽化核心数又受到墨面材料及其表面状况、压力和物性的影响。
由于因素比较复杂，如墨面的表面状况受表面污染、氧化等影响而有不同，文献中提出的计算式分歧较大。
在此仅介绍两种类型的计算式：一种是针对某一种液体的；另一种是广泛适用于各种液体的。
当然，针对性强的计算式精确度往往较高。
对于水,米海耶夫推荐的在105～4×106Pa压力下大容器饱和沸腾的计算式为(3-4)按q=h△t的关系,上式也可转换成(3-5)以上两式中 h:沸腾换热表面传热系数,W/(m2·K)p:沸腾绝对压力,Pa;△t:壁面过热度,℃;q:热流密度,W/m2。
基于核态沸腾换热主要是气泡高度扰动的强制对流换热的设想,推荐以下使用性光的实验关联式:(3-6)式中 c pl:饱和液体的比定压热容,J/(kg·K);C wl:取决于加热表面-液体组合情况的经验常数;r:汽化潜热,J/kg;g:重力加速度,m/s2;Pr l:饱和液体的普朗数,Pr l=c plμl/k l;μl:饱和液体的动力粘度,kg/(m·s);ρl、ρv:饱和液体和饱和蒸汽的密度,kg/m3;γ:液体-蒸汽截面的表面张力,N/m;s:经验指数,对于水s=1,对于其他液体s=1.7。
由实验确定的C wl值见表3-1。
表面-液体组合情况C wl水-铜烧焦的铜0.0068抛光的铜0.0130水-黄铜0.0060水-铂0.0130水-不锈钢磨光并抛光的不锈0.0060钢化学腐蚀的不锈钢0.0130机械抛光的不锈钢0.0130苯-铬0.101乙醇-铬0.0027表3-1 各种表面-液体组合情况的C wl值图3-5 铂丝加热水的沸腾换热实验数据的整理水在不同压力下沸腾的实验数据与式(3-6)的比较见图3-5。
式(3-6)还可以改写成为以下便于计算的形式:(3-7)这里要着重指出两点：1）式（3-6）实际上也是形如Nu=f（Re，Pr）或St=f（Re，Pr）的主则式。
沸腾换热与热管汇总课件
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。
第六章-凝结和沸腾换热-2
d.过渡沸腾 过渡沸腾 >50℃） 从C点继续提高沸腾温差 ⊿ t（>50℃） ，则热流密度 q不仅没 点继续提高沸腾温差 有增加，反而迅速降低至一极小值 极小值q 图中D点）。这是由于 有增加，反而迅速降低至一极小值qmin （图中 点）。这是由于 产生的汽泡过多且连在一起形成了汽膜， 产生的汽泡过多且连在一起形成了汽膜，覆盖在加热面上不易 脱离，使换热条件恶化所致。 脱离，使换热条件恶化所致。这时的汽膜不断破裂成大汽泡脱 离壁面，其换热状态是不稳定的。 这一阶段称为 离壁面，其换热状态是不稳定的。从C到D这一阶段称为过渡沸 到 这一阶段称为过渡沸 腾。
米海耶夫公式 其中 按 上式可转换为
h = C1 ∆ t 2 .33 p 0 .5
C1 = 0.122 W (m ⋅ N 0.5 ⋅ K 3.33 )
q = h∆t
h = C 2 q 0 .7 p 0 .15 C2 = 0.533W 0.3 (m0.3 ⋅ N 0.15 ⋅ K)
上式中： 上式中：
h = f ( ∆t , g ( ρ l − ρ v ), r , σ , C p , λ , µ , C w ,........)
其中C 为沸腾液体与接触表面材料有关的系数。 其中 w为沸腾液体与接触表面材料有关的系数。 常用的关于核态沸腾换热的经验计算公式有两个 （1）对于水的大容器饱和核态沸腾，推荐采用米海 对于水的大容器饱和核态沸腾，推荐采用米海 水的大容器饱和核态沸腾 耶夫公式，适用压力范围： 耶夫公式，适用压力范围：105～4×106 Pa 公式
12
3
可见， 因此， 可见，q ~ ∆t 3 ，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 计算 与实验值的偏差高达± ％，但已知 与实验值的偏差高达 ％，但已知q计算∆t 时，则 可以将偏差缩小到±33％。这一点在辐射换热中更为明显。 ％。这一点在辐射换热中更为明显 可以将偏差缩小到±33％。这一点在辐射换热中更为明显。 计算时必须谨慎处理热流密度。 计算时必须谨慎处理热流密度。 （3） 适用于制冷工质沸腾换热的 ） 适用于制冷工质沸腾换热的Cooper关联式 关联式
池沸腾换热定义
池沸腾换热定义
池沸腾换热，是一种常见的热传递现象。
当我们将水加热至一定温度时，水中的分子开始快速运动，水温也随之升高。
当水温达到一定程度时，池中的水会出现剧烈的沸腾现象。
沸腾是一种液体与气体相变的过程，也是热量从液体传递到气体的方式之一。
当水温升高到一定程度时，水中的分子获得足够的能量，开始从液态转变为气态。
这个过程中，水分子迅速蒸发，并形成大量的气泡。
这些气泡不断地从液体中上升，破裂后释放出热量和水蒸汽。
池沸腾换热的过程可以用来加热和烹饪食物。
在烹饪过程中，我们通常会将水加热至沸腾状态，然后将食物放入水中，利用水中的热量来煮熟食物。
由于沸腾过程中释放出的热量大，所以煮食物的速度也很快。
除了在烹饪中的应用，池沸腾换热也在工业生产和科学研究中得到广泛应用。
比如在化工生产中，池沸腾换热可以用来加热反应物，提高反应速度。
在科学研究中，池沸腾换热可以用来研究液体的热传导性质，以及研究气泡的形成和破裂机制。
池沸腾换热是一种重要的热传递方式，它不仅可以加热食物和物体，还可以用来研究和应用于工业生产和科学研究中。
通过控制沸腾过程中的温度和压力，我们可以实现更高效的热传递，提高生产效率
和科研成果。
池沸腾换热不仅是一种物理现象，更是人们智慧的结晶，为我们的生活和工作带来了许多便利和进步。
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
3.3 沸腾传热
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：
过冷度（欠热度）
过冷沸腾换热系数比单相水的对流换热系数高的主要 原因是气泡扰动了边界层。当过冷度较大时，水流温 度比较低，汽泡还来不及冲破边界层就已经凝结了， 这是汽泡对边界层的扰动不是很强烈，所以换热系数 提高的并不多。过冷度减小到水温就越接近于饱和温 度，汽泡就越不容易凝结成水，它走的距离就越大， 对边界层的破坏作用就越大，因而放热系数大大增加。 但过冷度小到一定程度，汽泡已经能够冲破边界层厚 度，这时即使再减小过冷度，放热系数也不会再提高 了，因为对流换热的热阻主要集中在热边界层内，湍 流中心区的扰动本来就很强烈，小汽泡的扰动作用在 那里是微不足道的，并且小汽泡一进入主流核心区就 凝结掉了
常用的泡核沸腾传热关系式
TW
TS
q 25(106
)0.25
exp( p / 6.2)
TW
TS
q 22.65(106
)0.5
exp( p / 8.7)
以上两式表明，在欠热和饱和沸腾工况下，传热机理 或传热关系式与欠热度TSUB（或含汽率xE）和流动速 度u（或质量流密度G）无关，主要受壁面过热度 （TW-TS）和系统压力p所支配。
最小膜态沸腾点和过渡沸腾工况
最小膜态沸腾点D：在降低壁面热流密度时， 可以发生从膜态沸腾向泡核沸腾的直接转变， 该转变点叫最小膜态沸腾点D。它是稳定膜态 沸腾的低限，相应于连续汽膜的破坏和液-固接 触的开始点。膜态最低热流密度qmin。
3.3 沸腾传热
最小膜态沸腾点和过渡沸腾工况
最小膜态沸腾点D：在降低壁面热流密度时， 可以发生从膜态沸腾向泡核沸腾的直接转变， 该转变点叫最小膜态沸腾点D。它是稳定膜态 沸腾的低限，相应于连续汽膜的破坏和液-固接 触的开始点。膜态最低热流密度qmin。
过渡沸腾工况CD：汽液交替覆盖加热表面，表 现出瞬态变化的传热特性，因此是一种不稳定 工况。其特点是随壁面过热度的升高，热流密 度反而下降。
➢ 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 t w t s 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
t
f
(z)
4zq Gcp D
t
f
,in
∴
ts
q
4z Gcp D
垂直管内对流沸腾的流型和传 热工况（低q）
A：单相液体对 流 B：欠热泡核沸 腾 C+D：饱和泡 核沸腾 E+F：通过液膜 的强制对流蒸 发传热 G：缺液区传热 H：单相蒸汽对 流传热
高热流密度下的对流沸腾的流 型和传热工况
DNB-偏离泡核沸腾：在很高热流 密度下,当气泡产生的频率高到在 汽泡脱离壁面之前就形成了汽膜 时，就发生偏离泡核沸腾(即 DNB型CHF)。
1
h
t f ,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:
对于：ts
q
4z Gcp D
1
h
沸腾换热 对流换热现象
沸腾换热对流换热现象
沸腾换热是指两个物质在彼此之间通过温度和压力耦合的动力学过程
而进行热传递的一种特殊热传递形式。
它是指当其中一个物质处于沸点时，由于其蒸汽压力较大，蒸汽中的能量可以穿过低温的另一个物质，从而使
它的温度上升，从而达到换热的目的。
传统的沸腾换热，典型的热源只有
液体，如水，而物质汇热只有气体，如汽水。
例如在一个真空环境下，水
在沸点时，沸气会通过物质层，把热量传给气体层，起到换热的作用，从
而使得低温的气体温度上升。
沸腾换热是一种高效换热方式，具有很高的换热系数，可以大大减少
换热所需的时间，从而提高整个换热系统的整体性能，同时也可以一定程
度上降低能耗。
然而，沸腾换热的温差也比较高，它的换热效率也会随着
温差的增大而降低，因此沸腾换热只适用于温差较大的情况。
对流换热是指一种热传递方式，即由于热源和物质汇热之间的温度差，彼此之间的空气层形成热对流，使热量从高温物质向低温物质传递，从而
达到换热的目的。
对流换热的特点是其换热效率较高、所需温差较小，换
热过程中涉及体积和能量变化较小，不需要利用任何额外的机械装置即可
实现换热。
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
Nukiyama (拔三四郎) 1934年 镍铬合金丝 熔点： 1500K 铂(白金)丝 熔点： 2045K
沸腾温差：饱和沸腾时△t=tw-ts
沸腾曲线：沸腾时热流通量（热流密度）q随沸腾温差变 化的关系曲线
6
7
大容器饱和沸腾的特点：加热表面上有汽泡生成，随着汽泡 长大和脱离壁面，容器内的液体受到剧烈扰动，换热强度很高。
芯 ，微型化难度大。当流
通截面直径为1mm2时，传 输极限为50W/cm2。
North China Electric Power University
42
振荡流热管（Oscillating-Flow Heat Pipe) 振19荡94流年当内管热日管形壁管本径成之原学足液间理者够、的H.A小汽液ka时膜相chi，因间发在受的明了真热柱脉空而塞动下不。热封断在管装蒸加（在发热Pul管，段sat内导，ing的致汽He工汽泡at 质泡或Pip将膨汽e) 在胀柱管，与
pv
pl
2
R
( pv pl ) R2 2 R
15
（2）气泡被加热的途径
热量一方面由壁面与 气泡直接接触的表面 传给气泡；另一方面 热由壁面传给液体， 再由液体传到气泡表 面
气泡内饱和蒸汽压力pv相对应的饱和温度为tv；为使气泡长大， 气泡壁须不断蒸发，所以气泡壁周围的液体温度tl大于或至少等 于tv（tl≥tv）
t tw ts 为过热度，p为绝对压力。 q ht t q h
h C2q0.7 p0.15
C2 0.533W0.3 /(m0.3 N0.15 K)
21
（2）罗森诺公式：
沸腾换热的重要特征
沸腾换热的重要特征
沸腾换热是一种在液体与固体或液体与气体之间进行热传递的现象。
它具有以下重要特征：
1. 高传热系数：沸腾换热过程中，由于液体物质的剧烈搅动和蒸汽形成的泡沫层的存在，使得传热系数大幅提高，比传统的对流换热方式高几个数量级。
2. 均匀的温度分布：沸腾换热能够实现热量在液体中均匀分布，从而减小局部热应力，确保传热表面温度均匀。
3. 高热传递功率密度：由于沸腾时产生的大量蒸汽可以带走更多的热量，因此沸腾换热可以实现高热传递功率密度，适用于需要高能量密度的热传递应用。
4. 自冷却效应：沸腾换热过程中，蒸汽的生成会使得换热表面自行冷却，从而提高了换热效率和系统的稳定性。
5. 抗污积效应：沸腾过程中，蒸汽泡沫的形成和运动可以将表面附着物冲刷掉，从而减少了换热表面的污积，提高了换热效率和长期稳定性。
总之，沸腾换热具有高传热系数、均匀温度分布、高热传递功率密度、自冷却效应和抗污积效应等重要特征，使其在许多工业和科学领域得到广泛应用。
凝结与沸腾换热
4 汽泡动力学简介
(1) 汽泡旳成长过程
试验表白，一般情况下，沸腾开始时汽泡只发生在加 热面旳某些点，而不是整个加热面上，这些产愤怒泡 旳点被称为汽化关键，较普遍旳看法以为，壁面上旳 凹穴和裂缝易残留气体，是最佳旳汽化关键，如图所 示。
(2) 汽泡旳存在条件 汽泡半径R必须满足下列条件才干存活
hH
0.729
l
gr d(
l2l3
ts tw
1/ 4
)
式中：下标“ H ”体现水平管。
定性温度与前面旳公式相同
定性尺寸:单管为管外径d 水平管束为nd
6 水平管内凝结换热
利用上面思想，整顿旳整个表面旳平均努塞尔数：
h 0.555[ g( v )3r]1/ 4 d (ts tw )
r r 0.68cp( ts tw )
5 大容器饱和沸腾曲线：
qmax
qmin
6 沸腾换热计算式
沸腾换热也是对流换热旳一种，所以，牛顿冷却公式依然合用， 即
q h(tw ts ) ht
但对于沸腾换热旳h却有许多不同旳计算公式 为此，书中分别推荐了两个计算式 （1）米海耶夫公式——水
对于水旳大容器饱和核态沸腾，教材推荐使用，压力范围： 105～4 106 Pa
（2）优良旳等温性。热管内腔旳蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽旳压 力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生旳压降 很小，根据热力学中旳方程式可知，温降亦很小，因而热管具有 优良旳等温性。
（3）采用不同旳工作液，热管合用-200到2200℃温度范围内旳工作。 （4）热流密度可变性。热管能够独立变化蒸发段或冷却段旳加热面积，
2 膜状液膜旳流态
凝结液体流动也分层流和湍流，而 且其判断根据依然是Re，
沸腾换热的传热特性及机理研究
沸腾换热的传热特性及机理研究沸腾换热是一种广泛应用的传热方式，在工业和科技领域有着广泛的应用。
沸腾换热的特点是传热速度快，传热效果好，被广泛应用于工业领域中。
在沸腾换热过程中，液体接触到加热表面时，其表面温度超过了液体的饱和温度，从而形成了蒸汽泡。
这些蒸汽泡会在液体中上升，从而带走了液体中的热量，从而实现了传热。
沸腾换热的这种机制是一种非常重要的传热方式。
除了这种传热方式之外，沸腾换热还具有一些其他的特点。
沸腾换热传热速度很快，远远快于自然对流和强迫对流。
另外，沸腾换热还可以显著的提高传热系数，从而在工业和科技领域中被广泛应用。
在沸腾换热的研究中，还发现了一些有趣的现象。
例如，民族式沸腾，这是沸腾换热的一种反卷性状现象。
另外，在沸腾换热过程中，还存在着一些缺陷区域，这些区域可能会降低传热效果，从而影响工业生产的效率。
因此，在研究沸腾换热的过程中，需要注意到这些现象，以便更好地提高沸腾换热的效率。
此外，在研究沸腾换热的过程中，还需要考虑沸腾换热的机理。
沸腾换热的机理是非常重要的，因为只有了解了沸腾换热的机理，才能更好地提高沸腾换热的效率，并压缩设备成本。
沸腾换热的机理是非常复杂的。
大部分人可能会认为，沸腾换热的机理就是液体接触到加热表面时，蒸汽泡会形成。
但实际上，沸腾换热的机理还涉及到了很多因素，例如液体性质、加热方式、加热强度等。
因此，在研究沸腾换热的机理时，需要充分考虑这些因素的影响。
一些研究表明，在沸腾换热的过程中，液体的表面张力起着非常重要的作用，可以影响沸腾换热的传热效率。
另外，在不同的加热方式下，沸腾换热的机理也是不同的。
例如，在微重力下，沸腾换热的机理就与地球重力下的沸腾换热机理有所不同。
此外，加热强度也是影响沸腾换热机理的另一个重要因素。
在高加热强度下，沸腾换热机理受到的影响可能会超过其他因素的影响。
因此，研究沸腾换热的机理非常重要。
这种传热方式的高效、高速、低成本等特点，使得它在工业生产和科技创新中有着广泛的应用。
沸腾换热名词解释
沸腾换热名词解释
嘿，咱今儿来聊聊沸腾换热这个事儿哈！你说啥是沸腾换热呀？就好比你煮开水的时候，水咕嘟咕嘟地冒泡，那热量不就从火传递到水里啦，这过程就是沸腾换热呀！
想象一下，那水在锅里欢快地翻滚着，热气腾腾的，这可不就是热量在欢快地传递嘛！沸腾换热就像是一场热闹的舞会，热量是主角，水就是那个尽情舞动的舞者。
你看啊，在我们的生活中，沸腾换热可太常见啦！家里的水壶烧水，不就是沸腾换热在发挥作用嘛。
还有那锅炉房里，热水通过管道把温暖送到各个房间，这也是沸腾换热的功劳呀！它就像一个勤劳的小蜜蜂，默默地为我们服务着。
那沸腾换热有啥特点呢？嘿嘿，这可多了去了。
它的换热效率可高啦！就像一个超级大力士，能快速地把热量传递出去。
而且呀，它还很灵活呢，可以在不同的条件下工作，不管是高温还是低温，它都能应对自如。
就好比一个优秀的运动员，不管是在炎热的夏天还是寒冷的冬天，都能发挥出自己的实力。
沸腾换热不也是这样嘛，不管环境怎么变，它都能稳稳地完成自己的任务。
你说这沸腾换热神奇不神奇？它虽然看不见摸不着，但却在我们生活中无处不在呀！没有它，我们的生活可就没那么方便咯！
咱再想想，要是没有沸腾换热，那冬天我们怎么取暖呀？洗澡水怎么烧热呀？哎呀，简直不敢想象没有它的日子会是啥样！
所以呀，沸腾换热可真是个了不起的东西呢！我们可得好好珍惜它，好好利用它，让它为我们的生活带来更多的便利和温暖。
它就像是我们生活中的一个好朋友，默默地陪伴着我们，为我们付出着。
你说，我们能不爱它吗？反正我是爱死它啦！哈哈！。
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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数量增加，汽泡互相影响并合成汽块及汽柱， 称为相互影响区。
③随着 的t 增大， q 增大，当 增大t 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：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。
稳定条件：热平衡 力平衡
热平衡 tl= tv tl < tv 汽泡向流体传热，汽泡中的汽要凝结缩小； tl > tv 液体向汽泡传热，汽泡中的汽要膨胀长大。
力平衡 取半个汽泡为控制体，受两个力
要使气泡长大，泡内压力需克服表面 张力对外做功，设气泡体积膨胀了dV, 相应的表面积增量为dA，则做功量
x
v y
0
l
(u
u x
v
u ) ydp dxl gl2u y 2
u
t x
v
t y
al
2t y 2
下脚标 l 表示液相
考虑假定（3）液膜的惯性力忽略
l(uuxvuy)0
将动量方程应用于边界层外的蒸汽,并考虑假定 （7）忽略蒸汽密度，边界层外的压力变化更大
u
x
v y
0
dp dx
v
g
0
l (u
u x
v
u y
)
dp dx
l g
l
2u y 2
t t 2t
u
x
v
y
al
y 2
考虑假定（5） 膜内温度线性分布，即热量转
移只有导热
u
t x
v
t y
0
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
a
l
2t y 2
0
边界条件：y0时，u0, t tw
y时，du 0,
度；8）液膜表面平整无波动
tw ts
g
根据以上 8 个假设从边界层微分方程组推出努 塞尔的简化方程组，从而保持对流换热理论的 统一性。同样的，凝结液膜的流动和换热符合 边界层的薄层性质。
以竖壁的膜状凝结为例： x 坐标为重力方向，如 图所示。
在稳态情况下，凝结液膜流动的微分方程组为 ：
u
表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个 换热规律不同的阶段：自然对流、核态沸腾、过渡 沸腾和稳定膜态沸腾，如图所示：
qmax qmin
如图 6-11 所示，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）。 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：
所以，在其它条件相同时，珠状凝结的表面传 热系数定大于膜状凝结的传热系数。
§ 7-2 膜状凝结分析解及关联式
1、纯净蒸汽层流膜状凝结分析解
假定：1）常物性；2）蒸气静止；3）液膜的惯性
力忽略；4）气液界面上无温差，即液膜温度等于
饱和温度；5）膜内温度线性分布，即热量转移只
有导热；6）液膜的过冷度忽略； 7）忽略蒸汽密
dW (pvpl)dV dA
气泡处于稳定的力平衡状态时
dW(=p v 0p l)d V d,V A 4 3 R 2,A 4 R 2
上式为气泡能存在的条件。要使气泡逐渐长大，则
(pv
pl
)
2
R
§7-5 沸腾换热计算式
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，即
qh(twts)ht
4 ）稳定膜态沸腾
从 qm开in 始，随着 的t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。
其特点： （ 1 ）汽膜中的热量传递不仅有导热，而且有对流； （ 2 ）辐射热量随着 的t 加大而剧增，使热流密度大 大增加； （ 3 ）在物理上与膜状凝结具有共同点：前者热量必 须穿过热阻大的汽膜；后者热量必须穿过热阻相对较 小的液膜。
(1) 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。
汽泡动力学简介：
1. 汽泡稳定存在条件：
设有一个容器，底面加热，上面压力ps 对应ts， 如中间有汽泡，其内压力pv，温度tv， 周围流体对应pl , tl 。
增h 大；反之使 减h小。
3. 过热蒸气 要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。
4. 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
rr0.68cp(tstw)
5. 管子排数 管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。
§6-4 沸腾换热现象
沸腾的定义：沸腾指液体吸热后在其内部产生汽泡 的汽化过程称为沸腾。
沸腾的特点 1 ）液体汽化吸收大量的汽化潜热； 2 ）由于汽泡形成和脱离时带走热量，使加热表 面不断受到冷流体的冲刷和强烈的扰动，所以沸 腾换热强度远大于无相变的换热。
沸腾换热分类： 1 ）大容器沸腾（池内沸腾） ； 2 ）强制对流沸腾（管内沸腾）
g
特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的
相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷
却壁面上， 此时液膜成为主要的换热热
阻
tw ts
(2)珠状凝结
定义：凝结液体不能很好地湿润壁 面，凝结液体在壁面上形成一个个 小液珠的凝结形式，称珠状凝结。
tw ts
g
特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即 可传到冷却壁面上。
（1）适用于水的米海耶夫计算式
在 15 0~41压6 0P 力a下大容器饱和沸腾计算式：
hC1t2.33 p0.5
C 1 0 .1W 2(m 2 N 0 .5 K 3 .3)3
Re30
有波动层流
Rec 1800
湍流
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
3 湍流膜状凝结换热
实验证明： （ 1 ）膜层雷诺数 Re=1800 时，液膜由层流
定性温度：tm
ts
tw 2
注意：r 按 ts 确定
(3) 修正：实验表明，由于液膜表面波动，凝结 换热得到强化，因此，实验值比上述得理论值高 20％左右
修正后：
hV 1.13lgl(rtsl2tl3w)1/4
（4）当是水平圆管及球表面上的层流膜状凝结时， 其平均表面传热系数为：
水平管： hH 0.729ldgr(tsl2tl3w)1/4
但对于沸腾换热的h却又许多不同的计算公式
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，而汽化核心数受表面材料、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，导致了个计算公式分歧较大。目前存在两种 计算是： （ 1 ）针对一种液体的计算公式； （ 2 ）广泛适用于各种液体的计算式；
1 ）单相自然对流段（液面汽化段）
壁面过热度小时（图中 t ℃4）沸腾尚未开始， 换热服从单相自然对流规律。
2 ）核态沸腾（饱和沸腾）
随着 t的上升，在加热面的一些特定点上开始 出现汽化核心，并随之形成汽泡，该特定点称为 起始沸点。其特点是：
①开始阶段，汽化核心产生的汽泡互不干扰， 称为孤立汽泡区；
hhl
xc l
ht
1xlc
式中：hl为层流段的传热系数；ht为紊流段的传热系数； xc为层流转变为紊流时转折点的高度 l为竖壁的总高度
利用上面思想，整理的实验关联式：
N uG a1/3
R e
1/4
58P rs1/2 P P r rw s (R e3/4253)9200
式中：Nuhl/;Gagl3 /2 。除 P r w 用壁温 t w
状凝结理论
1 、凝结换热现象
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，称凝结换热现象。有两种凝结形式。
2 、凝结换热的分类
根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种
(1)膜状凝结
定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并
能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式，
称膜状凝结。
dy
t ts
求解上面方程可得：
(1) 液膜厚度
4llg(tsl2rtw
)x1/
4
定性温度：
tm
ts
tw 2
注意：r 按 ts 确定
(2) 局部表面传热系数
hx
4lg(rts l2tlw 3
1/ )x
4
整个竖壁的平均表面传热系数
(ttstwC)
hV1 l 0 lhxdx0.943 lg l(rtsl2 tl3 w) 1/4
上述每种又分为过冷沸腾和饱和沸腾。
产生沸腾的条件： 理论分析与实验证明，产生沸腾的条件： 1）液体必须过热； 2）要有汽化核心
1 大容器饱和沸腾曲线
（1）大容器沸腾 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：产生的气泡能自由浮升，穿过液体自由面 进入容器空间。
球：
hS 0.826ldgr(tsl2lt3w)1/4
横管与竖管的对流换热系数之比：
hH
0.77
l
1 4
hV