传热学——凝结核沸腾传热..
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工程中广泛应用的是：冷凝器及蒸wenku.baidu.com器、
再沸器、水冷壁等。
6-1 凝结传热现象 凝结传热实例
•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
凝结传热的关键点
• 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传热的实验关联式
• 影响膜状凝结传热的因素
下脚标 l 表示液相
考虑假定（3）液膜的惯性力忽略
u u l (u v ) 0 x y
考虑假定（7）忽略蒸汽密度
dp 0 dx
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
考虑假定（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，于是，上面得方 程组化简为：
2u l g l y 2 0 2 t a 0 l 2 y
边界条件： y 0 时， u 0, t t w
2 l 3 l 1/ 4
( t ts tw C )
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
2 l 3 l
)
1/ 4
ts tw 定性温度：t m 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：
du y 时， dy
0, t t s
求解上面方程可得： (1) 液膜厚度
4l l ( ts tw )x 2 g l r
1/ 4
ts tw 定性温度： t m 2
注意：r
按 ts 确定
(2) 局部表面传热系数
gr hx 4l ( t s t w )x
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 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
gr hV 1.13 l l( t s t w )
2 l 3 l 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：
gr hH 0.729 d( t t ) s w l
2 l 3 l
式中：
d e ul
无波动层流
Re 20
有波动层流
ul
de
为 x = l 处液膜层的平均流速； 为该截面处液膜层的当量直径。
Re c 1600
湍流
如图
de 4 Ac / P 4b / b 4
Re 4 ul
4qml
由热平衡
h( ts tw )l rqml
tw ts
热阻。
g
(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。
g
tw ts
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
4hl( ts t w ) Re r
所以
对水平管，用 r 代替上式中的 并且横管一般都处于层流状态
l 即可。
三、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。
一、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
1/ 4
球：
gr hS 0.826 d( t t ) s w l
2 l 3 l
1/ 4
横管与竖管的对流换热系数之比：
hH l 0.77 hV d
14
二、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
第六章
凝结和沸腾传热
（1）重点内容：
① 凝结与沸腾传热机理及其特点； ② 膜状凝结传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传热的因素。
（3）了解内容：
了解强化凝结与沸腾传热的措施及发展
现状、动态。 蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流传
热。其特点是：伴随有相变的对流换热。
• 会分析竖壁和横管的传热过程，及Nusselt膜 状凝结理论
一、凝结传热现象
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，称凝结传热现象。有两种凝结形式。
二、凝结传热的分类
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
再沸器、水冷壁等。
6-1 凝结传热现象 凝结传热实例
•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
凝结传热的关键点
• 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传热的实验关联式
• 影响膜状凝结传热的因素
下脚标 l 表示液相
考虑假定（3）液膜的惯性力忽略
u u l (u v ) 0 x y
考虑假定（7）忽略蒸汽密度
dp 0 dx
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
考虑假定（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，于是，上面得方 程组化简为：
2u l g l y 2 0 2 t a 0 l 2 y
边界条件： y 0 时， u 0, t t w
2 l 3 l 1/ 4
( t ts tw C )
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
2 l 3 l
)
1/ 4
ts tw 定性温度：t m 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：
du y 时， dy
0, t t s
求解上面方程可得： (1) 液膜厚度
4l l ( ts tw )x 2 g l r
1/ 4
ts tw 定性温度： t m 2
注意：r
按 ts 确定
(2) 局部表面传热系数
gr hx 4l ( t s t w )x
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 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
gr hV 1.13 l l( t s t w )
2 l 3 l 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：
gr hH 0.729 d( t t ) s w l
2 l 3 l
式中：
d e ul
无波动层流
Re 20
有波动层流
ul
de
为 x = l 处液膜层的平均流速； 为该截面处液膜层的当量直径。
Re c 1600
湍流
如图
de 4 Ac / P 4b / b 4
Re 4 ul
4qml
由热平衡
h( ts tw )l rqml
tw ts
热阻。
g
(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。
g
tw ts
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
4hl( ts t w ) Re r
所以
对水平管，用 r 代替上式中的 并且横管一般都处于层流状态
l 即可。
三、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。
一、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
1/ 4
球：
gr hS 0.826 d( t t ) s w l
2 l 3 l
1/ 4
横管与竖管的对流换热系数之比：
hH l 0.77 hV d
14
二、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
第六章
凝结和沸腾传热
（1）重点内容：
① 凝结与沸腾传热机理及其特点； ② 膜状凝结传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传热的因素。
（3）了解内容：
了解强化凝结与沸腾传热的措施及发展
现状、动态。 蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流传
热。其特点是：伴随有相变的对流换热。
• 会分析竖壁和横管的传热过程，及Nusselt膜 状凝结理论
一、凝结传热现象
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，称凝结传热现象。有两种凝结形式。
二、凝结传热的分类
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