相变对流换热

表面平整无波动
2、边界层方程组的简化
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 v x y 0 u u dp 2u v ) l g l 2 l (u x y dx y t t 2t u v al 2 y y x
tw ts
g
7.1.3 膜状凝结是工程设计依据
实验证明，几乎所有的常用蒸汽，包括水蒸汽在内， 在纯净的条件下均能在常用工程材料的洁净表面上 得到膜状凝结。
工业时间应用上都只能实现膜状凝结，所以从设计 的观点出发，为保证凝结效果，只能用膜状凝结的 计算式作为设计的依据。 强化膜状凝结的途径－减薄液膜的厚度
考虑假设（5） 膜内温度线性分布，即热量转移只有导热
t t u v 0 x y 只有u 和 t 两个未知量，不需补充其他方程。
2u l g l y 2 0 方程组化简为： 2 a t 0 l 2 y
边界条件： y 0 时， u 0, t t w
2 l 3 l
整个竖壁的平均表面传热系数
gr 1 l hV hx dx 0.943 l 0 l l( t s t w
ts tw 定性温度： t m 2
)
1/ 4
注意：r 按ts确定
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若与水平轴有夹角（φ >0）的倾斜壁，式中g改为gsinφ 。
g
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
凝结传热：蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给壁面的过程。 珠状凝结
珠状凝结的表面换热系数 >> 膜状凝结，但是一般无法长久保持。 2.55×105 5000～25000
下脚标 l 表示液相
u u 考虑假设（3）液膜的惯性力忽略 l (u x v y ) 0
dp/dx为可按y=δ处液膜表面蒸汽压力梯度计算，将动量 方程应用于蒸汽。由假设（2）蒸汽的静止的，若以ρ V表 示蒸汽密度：
u v x y 0 u u dp 2u l (u x v y ) dx l g l 2 y t t 2t u x v y al 2 y
③工程中广泛应用的是：冷凝器及蒸发器、水冷壁等。
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 上也只能借助于经验公式和实验关联式。
du y 时， dy
求解的基本思路 （ 1 ）先从简化的微分方程组出发获得包括液膜厚度 δ在内的流速u及温度t分布的表达式； （ 2 ）再利用 dx 一段距离上凝结液体的质量平衡关系 取得液膜厚度的表达式；

0, t t s
（3）最后根据对流换热微分方程式利用傅立叶定律 求出表面传热系数的表达式。
1、重点内容： ① 凝结与沸腾换热机理及其特点； ② 膜状凝结换热分析解及实验关联式； ③ 大容器饱和核态沸腾及临界热流密度。 2、掌握内容：掌握影响凝结与沸腾换热的因素。
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热。其特点是：
伴随有相变的对流换热。
7-2 膜状凝结分析解及关联式
1916年，Nusselt提出的简单层流膜状凝结换热分析 是近代膜状凝结理论和传热分析的基础。自1916年以来，
各种修正或发展都是针对Nusselt分析的限制性假设而进
行了，并形成了各种实用的计算方法。所以，我们首先 得了解Nusselt对纯净饱和蒸汽膜状凝结换热的分析。
7.2.1 纯净蒸汽层流膜状凝结分析解
1、对实际问题的简化
假设：1）常物性；2）蒸气静止， 气液界面上无对液膜的粘滞应力； 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）忽略蒸汽密度；8）液膜
图7-4 努赛尔理论分析 的坐标系与边界条件
7.1 凝结传热的模式
7.1.1 珠状凝结与膜状凝结
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。 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。
3.主要求解过程与结果
4l l ( ts tw )x (1) 液膜厚度 2 g l r
gr hx 4 ( t t )x w l s
2 l 3 l 1/ 4
1/ 4
(2) 局部表面传热系数
( t ts tw C )
0 dp dx V g
考虑假设（7）忽略蒸汽密度 dp / dx 0
u v x y 0 u u dp 2u l (u x v y ) dx l g l 2 y t t 2t u x v y al 2 y
7.1.2 凝结液－主要热阻
膜状凝结特点：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
g
tw ts
热阻。
珠状凝结特点：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。 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。