第六章凝结与沸腾换热

无波动层流
Re20
有波动层流
Reቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1600
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
对水平管，用 代r 替上式中的 即l 可。
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=1600 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(tsl2lt3w)1/4
hhl
xc l
ht
1xlc
式中：hl为层流段的传热系数；ht为湍流段的传热系数； xc为层流转变为湍流时转折点的高度 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
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
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。
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。
§ 6-2 膜状凝结分析解及关联式
转变为紊流 ； （ 2 ）横管均在层流范围内，因为管径较小。
特征 :对于紊流液膜，热量的传递：（ 1 ）靠近壁 面极薄的层流底层依靠导热方式传递热量；（ 2 ） 层流底层以外的紊流层以紊流传递的热量为主。因 此，紊流液膜换热远大于层流液膜换热。
计算方法：对于竖壁湍流膜状换热，沿整个 壁面上的平均表面传热系数
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。 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
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 度；8）液膜表面平整无波动
根据以上 9 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。
计算外，其余物理量的定性温度均为 t s 。
§6-3 影响膜状凝结的因素
工程实际中所发生的膜状凝结过程往往比较复杂，受各 种因素的影响。
1. 不凝结气体 不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱和温度下
降，减小了凝结的驱动力 t 。
2. 蒸气流速 流速较高时，蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。 如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，
热。其特点是：伴随有相变的对流换热。 ③工程中广泛应用的是：冷凝器及蒸发器、
再沸器、水冷壁等。
§6-1 凝结换热现象 凝结换热实例
•锅炉中的水冷壁 •寒冷冬天窗户上的冰花 •许多其他的工业应用过程
凝结换热的关键点
• 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
dp 0 dx
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,
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
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
第六章 凝结与沸腾换热
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
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
x
v y
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
下脚标 l 表示液相
考虑假定（3）液膜的惯性力忽略 l(uux vuy)0
考虑假定（7）忽略蒸汽密度
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
d
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。