传热学第七章 相变对流传热

• 蒸汽的饱和温度与壁面温度之差（ts - tw）
• 汽化潜热 r • 特征尺度de • 其他标准的热物理性质，如动力粘度、导热 系数、比热容等
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年8月2日10时22分 杨祥花
一、纯净饱和蒸气层流膜状凝结的分析解 1、1916年，努塞尔分析出蒸气凝结分析解 （换热问题理论解的典范） 2、方法： 假设条件 → 简化边界层微分方程组 → h → 解出 ( x) → h( x) ，
基本要求
第七章 相变对流传热
1 、重点内容： ① 凝结与沸腾换热机理及其特点； ② 影响凝结与沸腾换热的因素。 2 、掌握内容：
会应用凝结与沸腾理论分析一些现象，分析其
在工程实际中的应用。
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2018年8月2日10时22分 杨祥花
§7-1 凝结传热的模式 §7-2 膜状凝结分析解及计算关联式
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2018年8月2日10时22分 杨祥花
表面凝结
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2018年8月2日10时22分 杨祥花
1、膜状凝结 （film condensation） a) t w ① 条件：
ts
b) 液体表面张力小，润湿能力强 ② 换热特点： a）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。热阻 大，换热量小 b）冷凝传热系数各点不等（因液 膜在重力作用下向下流动）。 g
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表面凝结
均相凝结
接触凝结
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多组分凝结
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表面凝结： 按浸润能力分（气液分界面 对壁面形成的接触角）： 膜状凝结 珠状凝结 表面张力与附着力的相对大小
主要特点:
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2018年8月2日10时22分 杨祥花
§7-1 凝结传热的模式
日常生活中的表面凝结
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压缩制冷装置
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P304 河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年8月2日10时22分 杨祥花
u u u p 2u 2u ( u v ) Fx ( 2 2 ) （5-9） x y x x y v v v p 2v 2v （5-10） ( u v ) Fy ( 2 2 ) x y y x y
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珠状凝结是研究方向，较难以维持
途径：①水中加油；②壁面处理 河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
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珠 状 凝 结 可 视 化 照 片
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§7-2 膜状凝结分析解及计算关联式
凝结换热中的重要参数
tw ts
工业中98%~99%冷凝器是膜状凝结（壁 面洁净）
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2、珠状凝结（dropwise condensation ）
① 条件 a) t w t s b) 液体表面张力大，润湿能力差 ② 换热特点： a）除液珠外，墙壁与气体间无液膜，热阻小，换 热量大，液珠下滑扫球，不稳定 tw ts b) 传热系数处处不等 珠状凝结比膜状凝结的表面传热系 数大10~15倍 实验测量：1个大气压下，水蒸气 凝结，表面传热系数 珠状凝结：4×104~105；膜状凝 结： 6×103~104 W/(m2K) g
§7-3 膜状凝结的影响因素及其传热强化
§7-4 沸腾传热的模式 §7-5 大容器沸腾传热的实验关联式 §7-6 沸腾传热的影响因素及强化
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2018年8月2日10时22分 杨祥花
(1) 流体温度基本保持不变，在相对较小温 差下达到较高放热和吸热目的的传热过程; (2) 换热量主要是潜热r。r 比较大，故h 大。 如：1个大气压下r= 2257 kg/kJ； 随着温度和压力的升高r降低。 (3) 影响相变换热的物性除了单相流体的影 响因素外，还有r、σ（表面张力)、（ρl-ρv） （浮升力）
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2018年8月2日10时22分 杨祥花
3、假设条件
（1）常物性 （t m → ， ，u ，Pr ） du 0 u 0 0 （2）蒸气静止（ s ）， s , dy 气液界面上无对液膜的粘滞应力； （3）液膜受粘性力作用，惯性力忽略； （4） tl , y ts（膜表面温度为 t s ）； （5）膜内只有导热，温度分布为线性； （6）忽略液膜过冷度（即 t s 为饱和蒸气压力 pv ； 对应的饱和温度,凝液的焓为饱和液体的焓）； （7） l v ，不计 v ； （8）液膜表面光滑无波动。
u v 0 x y
（5-8）
t t t 2t 2t u v ( 2 2) x y c p x y
（5-11） （5-4）
hx
t
t y
y 0
液膜（边界层） 微分方程组
（5-15） （5-16） （5-17）
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2018年8月2日10时22分 杨祥花
电厂凝汽器、热管换热器
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2018年8月2日10时22分 杨祥花
一、凝结换热条件 tw ts
ts
蒸气的饱和温度（蒸气压力下）
二、凝结换热的类型
表面凝结－－－存在冷表面 凝 结 换 热 均相凝结－－－因扩压流动引起 直接接触凝结－－－把蒸气注入液体或反之 多组分凝结－－－不相溶多组分凝结