凝结与沸腾换热
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（2）对稳定膜态沸腾，因为热量必须穿过的是热阻较大的汽 膜，所以换热系数比凝结小得多。
6 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
q = h(tw − ts ) = hΔt
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，一种是针对某一种液体，另一 种是广泛适用于各种液体的。
（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：
h4 3 = hc4 3 + hr4 3
hr
=
εσ (Tw4 − Ts4 )
气泡内外的温度关系：
pv ~ tv ; pl ≈ ps ~ ts
（2）气泡被加热的途径
气泡表面接受热量后，液体在气泡壁上汽化，气泡继续 长大 液体的导热系数远大于蒸汽的，热量传递主要依靠液体 即：壁面加热液体、液体加热气泡
tw > tl > tv > ts
气泡生成后继续长大的动力条件是液体的过热度
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，教材推荐如下公式
h
=
C1 (t w
− ts )n ⎜⎜⎝⎛
p pa
⎟⎟⎠⎞0.4
式中：p 和 pa 分别表示容器内液体的实际压力和标准大 气压；系数C和指数n的值与加热面的情况以及热流密度q 的大小有关。具体参见教材表5-2
2 大容器沸腾的临界热流密度
第五章 凝结与沸腾换热
Boiling and Condensation
§5-3 沸腾换热现象
1 生活中的例子 • 蒸汽锅炉
• 做饭 • 许多其它的工业过程
2 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，并使其冷却 的一种传热方式
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 对膜状凝结换热的影响？
与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某 种程度的强化
(
pv
−
pl
)
>
2σ
R
pv > pl
与 pl 相对应的是饱和温度为 ts:: tv > ts tl ≥ tv > ts
液体很好地润湿 壁：水、煤油等
气泡膨胀长大，受到的浮升力也增 加；当浮升力大于气泡与壁面的附 着力时，气泡就脱离壁面升入液体
附着力与液体对壁面的湿润能力有关
液体不能很好地 气泡难于脱离壁；传热量低
5 大容器饱和沸腾曲线：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
几点说明：
（1）上述热流密度的峰值qmax 有重大意义，称为临界热流密 度，亦称烧毁点。一般用核态沸腾转折点DNB作为监视接 近qmax的警戒。这一点对热流密度可控和温度可控的两种 情况都非常重要。
Mist flow
Heated Surface
c 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 d 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
4 汽泡产生的条件
我们这本书仅介绍大容器 的饱和沸腾
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。
书中推荐适用如下班经验公式：
qmax
=
π
24
rρ
1 v
2[gσ (ρl
−
ρv )]1
4
3 大容器模态沸腾的关联式
（1）横管的模态沸腾
h
=
⎡ 0.62⎢
⎣
grρv (ρl − ρ ηvd (tw − t
v s
)λ3v
)
⎤1 ⎥ ⎦
4
式中，除了r 和 ρl 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
⇒
⇒
⇒
（1）气泡得以存在的力学条件
气泡，半径 R； 气泡受到两种力பைடு நூலகம்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，气泡内压力须克服 表面张力对外作功
(
pv
−
pl
)
=
2σ
R
气泡能够存在而不消失的条件
如果压强差作用力大于表面张力，气泡就能继续长大
(
pv
−
pl
)
>
2σ
R
( pv − pl ) ⋅πR2 > σ ⋅ 2πR
润湿壁：水银
（3）气泡的生长点及最小气泡半径
动力学成核理论研究指出：在纯液体的大量分子团 中，能量分布并不均匀，部分分子团具有较多的能 量 —— 高于平均值的能量称活化能 形成气泡核需要活化能
加热壁面上总是存在各种 伤痕、裂缝和加工的痕迹
由于在沸腾表面材料的凹 缝中形成气泡所需要的活 化能量最小，因此，借助 于一些分子团足够的活化 能，气泡能在凹缝中自发 生成
汽泡半径R必须满足下列条件才能存活
R
≥
Rmin
=
2σ Ts rρv (tw − ts )
式中：σ — 表面张力，N/m；r — 汽化潜热，J/kg ρv — 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↓ ⇒ 同一加热面上，称为汽化核 心的凹穴数量增加 ⇒ 汽化核心数增加 ⇒ 换热增强
3 分类：沸腾的分类很多，大容器沸腾(池内沸腾)和强
制对流沸腾，每种又分为过冷沸腾和饱和沸 腾。
a 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；
加热表面 b 强制对流沸腾：强制对流＋沸腾
Liquid Bubble Slug flow flow flow
Annular flow
6 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
q = h(tw − ts ) = hΔt
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，一种是针对某一种液体，另一 种是广泛适用于各种液体的。
（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：
h4 3 = hc4 3 + hr4 3
hr
=
εσ (Tw4 − Ts4 )
气泡内外的温度关系：
pv ~ tv ; pl ≈ ps ~ ts
（2）气泡被加热的途径
气泡表面接受热量后，液体在气泡壁上汽化，气泡继续 长大 液体的导热系数远大于蒸汽的，热量传递主要依靠液体 即：壁面加热液体、液体加热气泡
tw > tl > tv > ts
气泡生成后继续长大的动力条件是液体的过热度
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，教材推荐如下公式
h
=
C1 (t w
− ts )n ⎜⎜⎝⎛
p pa
⎟⎟⎠⎞0.4
式中：p 和 pa 分别表示容器内液体的实际压力和标准大 气压；系数C和指数n的值与加热面的情况以及热流密度q 的大小有关。具体参见教材表5-2
2 大容器沸腾的临界热流密度
第五章 凝结与沸腾换热
Boiling and Condensation
§5-3 沸腾换热现象
1 生活中的例子 • 蒸汽锅炉
• 做饭 • 许多其它的工业过程
2 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，并使其冷却 的一种传热方式
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 对膜状凝结换热的影响？
与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某 种程度的强化
(
pv
−
pl
)
>
2σ
R
pv > pl
与 pl 相对应的是饱和温度为 ts:: tv > ts tl ≥ tv > ts
液体很好地润湿 壁：水、煤油等
气泡膨胀长大，受到的浮升力也增 加；当浮升力大于气泡与壁面的附 着力时，气泡就脱离壁面升入液体
附着力与液体对壁面的湿润能力有关
液体不能很好地 气泡难于脱离壁；传热量低
5 大容器饱和沸腾曲线：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
几点说明：
（1）上述热流密度的峰值qmax 有重大意义，称为临界热流密 度，亦称烧毁点。一般用核态沸腾转折点DNB作为监视接 近qmax的警戒。这一点对热流密度可控和温度可控的两种 情况都非常重要。
Mist flow
Heated Surface
c 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 d 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
4 汽泡产生的条件
我们这本书仅介绍大容器 的饱和沸腾
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。
书中推荐适用如下班经验公式：
qmax
=
π
24
rρ
1 v
2[gσ (ρl
−
ρv )]1
4
3 大容器模态沸腾的关联式
（1）横管的模态沸腾
h
=
⎡ 0.62⎢
⎣
grρv (ρl − ρ ηvd (tw − t
v s
)λ3v
)
⎤1 ⎥ ⎦
4
式中，除了r 和 ρl 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
⇒
⇒
⇒
（1）气泡得以存在的力学条件
气泡，半径 R； 气泡受到两种力பைடு நூலகம்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，气泡内压力须克服 表面张力对外作功
(
pv
−
pl
)
=
2σ
R
气泡能够存在而不消失的条件
如果压强差作用力大于表面张力，气泡就能继续长大
(
pv
−
pl
)
>
2σ
R
( pv − pl ) ⋅πR2 > σ ⋅ 2πR
润湿壁：水银
（3）气泡的生长点及最小气泡半径
动力学成核理论研究指出：在纯液体的大量分子团 中，能量分布并不均匀，部分分子团具有较多的能 量 —— 高于平均值的能量称活化能 形成气泡核需要活化能
加热壁面上总是存在各种 伤痕、裂缝和加工的痕迹
由于在沸腾表面材料的凹 缝中形成气泡所需要的活 化能量最小，因此，借助 于一些分子团足够的活化 能，气泡能在凹缝中自发 生成
汽泡半径R必须满足下列条件才能存活
R
≥
Rmin
=
2σ Ts rρv (tw − ts )
式中：σ — 表面张力，N/m；r — 汽化潜热，J/kg ρv — 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↓ ⇒ 同一加热面上，称为汽化核 心的凹穴数量增加 ⇒ 汽化核心数增加 ⇒ 换热增强
3 分类：沸腾的分类很多，大容器沸腾(池内沸腾)和强
制对流沸腾，每种又分为过冷沸腾和饱和沸 腾。
a 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；
加热表面 b 强制对流沸腾：强制对流＋沸腾
Liquid Bubble Slug flow flow flow
Annular flow