传热学第八章相变换热课件.ppt

1、1换热形式：换热形式： 单相单相 相变相变交换热量：交换热量： （显热（显热mc t）（潜热）（潜热m ）相对单位质量热容量：相对单位质量热容量： 1 100介质流量介质流量m 相对表面传热系数：相对表面传热系数： 1 10 A 1、相变换热与非相变换热的对比：、相变换热与非相变换热的对比：2、 凝结换热现象凝结换热现象蒸汽蒸汽 stt液体液体凝结凝结蒸汽蒸汽 swtt壁面上凝结壁面上凝结凝结换热凝结换热2膜状凝结膜状凝结凝结液在壁面上铺展成膜。凝结液在壁面上铺展成膜。 珠状凝结珠状凝结凝结液在壁面上凝聚成液珠。凝结液在壁面上凝聚成液珠。 h珠珠h膜膜(表面改性表面改性) 条件：条件：内聚力内

2、聚力附着力，不润湿表面。附着力，不润湿表面。实验测量：实验测量：1个大气压下，个大气压下，水蒸气凝结，表面传热系数水蒸气凝结，表面传热系数珠状凝结：珠状凝结：4 104105；膜状凝结：膜状凝结： 6 103104 W/(m2K)3纯净蒸汽层流液膜；纯净蒸汽层流液膜；常物性；常物性；蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力；蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力；液膜的惯性可以忽略；液膜的惯性可以忽略；汽液界面上无温差；汽液界面上无温差；膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移只有导热而无对流作用；只有导热而无对流作用；液膜的过冷度可以忽略

3、；液膜的过冷度可以忽略；相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计；相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计；液膜表面平整无波动。液膜表面平整无波动。 3、 膜状凝结分析解及实验关联式膜状凝结分析解及实验关联式（1）努塞尔特假设：）努塞尔特假设：4（2）简化微分方程：）简化微分方程：022gdyudll动量方程动量方程(重力与粘性力平衡重力与粘性力平衡)022dytd能量方程能量方程(只有导热只有导热)边界条件：边界条件： y=0 时，时，u=0，t=tw y= 时，时， sttdydu , 05（求解过程可参见教材（求解过程可参见教材P304306）主要计算结果：主要计算结果：即：局部表面传热系数：液膜厚

4、度计算式：4/1234xttghwsllllx4/124lwsllgxtt4/1x4/1 xhx6 竖壁层流分析解（膜层竖壁层流分析解（膜层Re单层单层h） 对于管内冷凝，蒸汽流速和凝液堆积影响换热效果。对于管内冷凝，蒸汽流速和凝液堆积影响换热效果。 凝结表面的几何形状凝结表面的几何形状（减薄液膜、及时排除凝结液）（减薄液膜、及时排除凝结液）11沸腾：沸腾：液体表面和内部同时发生气化的现象。（开水不响）液体表面和内部同时发生气化的现象。（开水不响）沸腾换热：沸腾换热：温度高于沸点的壁面与液体之间的换热过程。温度高于沸点的壁面与液体之间的换热过程。5、 沸腾换热现象沸腾换热现象 大容器大容器 饱

5、和沸腾饱和沸腾 曲线曲线 液体饱和，壁面温液体饱和，壁面温度高于饱和温度。度高于饱和温度。液体具有自由表面液体具有自由表面随着壁面过热度的增加，依次发生随着壁面过热度的增加，依次发生核核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾。图中。图中核态沸腾和过渡沸腾交界处的热流密核态沸腾和过渡沸腾交界处的热流密度峰值叫做临界热流密度，亦称度峰值叫做临界热流密度，亦称烧毁烧毁点。点。一般通过控制热流密度或控制壁一般通过控制热流密度或控制壁面过热度避免越过该点，以达到设备面过热度避免越过该点，以达到设备的安全经济运行。的安全经济运行。 12两滴完全相同的水珠分别落在两滴完全相同的水珠分别落在12

6、0摄氏度和摄氏度和400摄氏度摄氏度的铁板上，哪一滴先汽化掉？的铁板上，哪一滴先汽化掉？答：落在答：落在120度的水珠先汽化。因为水珠在度的水珠先汽化。因为水珠在120度铁板度铁板的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在400度铁板的沸度铁板的沸腾属于膜态沸腾，换热较弱。腾属于膜态沸腾，换热较弱。13 汽化核心的分析汽化核心的分析（汽泡的生成条件）（汽泡的生成条件）气泡内外压差气泡内外压差=表面张力表面张力lvlvppRRppR222随着壁温的升高，壁面过热度加大，汽化核心的半径随着壁温的升高，壁面过热度加大，汽化核心的半径愈来愈小。愈来愈小。14 管内沸腾管内沸腾

7、两相流两相流156、 沸腾换热计算式沸腾换热计算式1.大容器饱和液体核态沸腾（参见教材大容器饱和液体核态沸腾（参见教材P320322）2.大容器饱和沸腾的临界热通量（参见教材大容器饱和沸腾的临界热通量（参见教材P322323）3.大容器饱和液体膜态沸腾（参见教材大容器饱和液体膜态沸腾（参见教材P323）167、 影响沸腾换热的因素影响沸腾换热的因素 不凝结气体（强化沸腾）不凝结气体（强化沸腾） 过冷度（沸腾初期，流体的主要部分低于饱和过冷度（沸腾初期，流体的主要部分低于饱和温度，强化了自然对流，换热有所增强）温度，强化了自然对流，换热有所增强） 液位高度（低于临界液位时，表面传热系数明液位高度（低于临界液位时，表面传热系数明显升高）显升高） 重力加速度（对核态沸腾无影响，但对自然对重力加速度（对核态沸腾无影响，但对自然对流影响较大）流影响较大） 沸腾表面的结构（加工汽化核心）沸腾表面的结构（加工汽化核心）