第7章-相变对流传热讲解课件.ppt

1、第七章第七章相变对流传热相变对流传热主主 要要 内内 容容凝结传热凝结传热1 1、凝结传热及其分类、凝结传热及其分类2 2、膜状凝结分析解及计算关联式、膜状凝结分析解及计算关联式 竖壁竖壁(管管)、水平管外、水平管外3 3、膜状凝结的影响因素及强化、膜状凝结的影响因素及强化本章讨论对象：本章讨论对象：单种流体的凝结与沸腾传热单种流体的凝结与沸腾传热沸腾传热沸腾传热1 1、沸腾传热及其分类、沸腾传热及其分类2 2、大容器饱和沸腾、大容器饱和沸腾 大容器饱和沸腾曲线及其实验关联式大容器饱和沸腾曲线及其实验关联式3 3、沸腾传热的影响因素及强化、沸腾传热的影响因素及强化 7-1 7-1 凝结传热凝结

2、传热 1、凝结的、凝结的定义定义 蒸气与低于相应压力下饱和温度的冷壁面蒸气与低于相应压力下饱和温度的冷壁面 相接触时，在壁面上凝结出液滴的现象相接触时，在壁面上凝结出液滴的现象凝结换热实例凝结换热实例 锅炉中的水冷壁锅炉中的水冷壁 寒冷冬天窗户上的冰花寒冷冬天窗户上的冰花 许多其他的工业应用过程许多其他的工业应用过程 2、凝结的、凝结的分类分类 (1)(1)液体对壁面的润湿性（用润湿角液体对壁面的润湿性（用润湿角表示）表示）(2)(2)凝结的类型凝结的类型膜状凝结膜状凝结：909090,润湿能力差润湿能力差,凝结液不能成片凝结液不能成片,热热 阻较小，故阻较小，故h h较大较大一般：一般：h珠

3、珠=(510)h膜膜以上以上 在上述两种类型的凝结传中在上述两种类型的凝结传中,凝结液均是构成蒸凝结液均是构成蒸汽与壁面间热交换的热阻载体汽与壁面间热交换的热阻载体 如如:温度高于温度高于100的水蒸汽在经过处理的铜表面上的水蒸汽在经过处理的铜表面上珠状凝结时珠状凝结时,平均凝结传热系数可达平均凝结传热系数可达2.55105W/m2.K.3、珠状凝结的优、缺点：珠状凝结的优、缺点：表面传热系数大，换热强度高；表面传热系数大，换热强度高；不稳定、不易保持不稳定、不易保持4、工程中实用的凝结形式：、工程中实用的凝结形式：膜状凝结膜状凝结凝结换热方面的研究课题：凝结换热方面的研究课题：珠状凝结的形成

4、与保持珠状凝结的形成与保持（1 1）在蒸气中加油（传统方法）在蒸气中加油（传统方法）（2 2）对凝结表面进行技术处理）对凝结表面进行技术处理 （改善液体（改善液体表面组合特性）表面组合特性）7.2.1 努塞尔蒸气层流膜状凝结分析解努塞尔蒸气层流膜状凝结分析解(1916年提出年提出)2、简化假设简化假设（详见（详见P303）(1)常物性；常物性；(2)蒸汽静止；蒸汽静止；(3)忽液膜惯性力；忽液膜惯性力；(4)汽液界面无温差，汽液界面无温差，t=ts；(5)膜内温度线性分布；膜内温度线性分布；(6)忽略液膜过冷度；忽略液膜过冷度；(7)v l;(8)液膜表面平整无波动。液膜表面平整无波动。7-2

5、 膜状凝结分析解及计算关联式膜状凝结分析解及计算关联式主要内容：分析求解思路、求解结果、适用条件主要内容：分析求解思路、求解结果、适用条件(场合场合)1、基本依据基本依据：液膜热阻为过程的主要热阻：液膜热阻为过程的主要热阻3、液膜换热微分方程组液膜换热微分方程组 由边界层对流换热微分方程组简化而得由边界层对流换热微分方程组简化而得2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll 以竖壁为例以竖壁为例 在稳态情况下其换热微分方程组为在稳态情况下其换热微分方程组为利用前述假定简化利用前述假定简化上述方程，可得上述方程，可得微分方程组微分方程组：002222dytdgdyu

6、dll(a)(b)边界条件边界条件：sywttdyduyttuy,0,0,0时时(c)(d)4、方程组的、方程组的求解求解与与结果结果思基本路思基本路：先求解速度分布与温度分布：先求解速度分布与温度分布;再求解液膜厚度再求解液膜厚度,最后求解表面传热系数最后求解表面传热系数h。)(:)(1:)(1:有关与即从整个冷凝过程由牛顿冷却定律由傅里叶定律hhrdMdqttdxhdqttdxdqxxxwsxxwsxx具体求解过程及求解结果见具体求解过程及求解结果见P305-306:)3()(4:)2()(4)(:)1(4/1324/12传热系数沿整个平壁的平均表面局部表面传热系数的变化规律随xttgrh

7、grxttxxwslllxxlwsll主要求解结果：主要求解结果：lxwsllllxvhttlgrdxhlh34)(943.014/1320(7-1)(7-2)(7-3)(4)倾斜管：倾斜管：将式将式(7-3)中的中的g 改成改成gsin即可即可7.2.2 竖管与水平管的比较及实验验证竖管与水平管的比较及实验验证特点：特点：管子直径一般都较小，故液膜总是管子直径一般都较小，故液膜总是 处于层流；处于层流；重力作用方向与液膜运动方向不一重力作用方向与液膜运动方向不一 致致,且且gsin沿管子外周连续地变化沿管子外周连续地变化4/1324/132)(826.0:.)(729.0:.wslllSws

8、lllHttdgrhbttdgrha球水平圆管(7-4)(7-5)努塞尔的理论分析结果努塞尔的理论分析结果1.水平圆管外及球表面上的膜状凝结换热水平圆管外及球表面上的膜状凝结换热:%)20(.3将前述理论公式放大的实用计算式Vh4/132)(13.1lttgrhwslllV(7-7)2.hH与与hv计算式的比较计算式的比较：特征尺度与系数不同：特征尺度与系数不同 当其他条件相同时当其他条件相同时,有：有：4/1)(77.0dlhhVH4/1)(65.0dlhhVH此时此时:上面各式中：上面各式中：l l、l、l分别为液膜的动力粘度、密度及分别为液膜的动力粘度、密度及 导热系数导热系数 l平板长

9、度（高度）平板长度（高度）d管子外径管子外径 ts-tw壁面过冷度壁面过冷度定性温度：定性温度：t=(ts+tw)/2 （潜热潜热r由饱和温度由饱和温度ts确定）确定）特征长度：特征长度：板长板长l或管子外径或管子外径d适用范围：适用范围：Re0.5.,1600Re;,1600Re)(444Re紊流时层流时rtthlquudwsmllle4.判别液膜流态的依据判别液膜流态的依据膜层雷诺数膜层雷诺数20Re1600Re c无波动层流无波动层流有波动层流有波动层流湍流湍流 7.2.3 湍流膜状凝结湍流膜状凝结 Re1600 Re1600时，除层流底层外，液膜内的传热以时，除层流底层外，液膜内的传热

10、以紊流传递为主，传热大为增强。紊流传递为主，传热大为增强。)(:湍转变层临界高度整板平均表面传热系数数湍流段平均表面传热系数层流段平均表面传热系ctlxhhh式中：式中：整壁平均表面传热系数的计算：整壁平均表面传热系数的计算：)1(lxhlxhhctcl(7-11)计算整个壁面的平均表面传热系数计算整个壁面的平均表面传热系数h的实验关联式的实验关联式见见P308式式(7-12)膜状凝结换热过程的求解步骤膜状凝结换热过程的求解步骤:1.假定液膜的流态假定液膜的流态(一般假定为层流一般假定为层流),并选用相应计算式并选用相应计算式2.确定定性温度确定定性温度,并查取有关物性参数并查取有关物性参数;

11、3.将有关参数代入公式求出将有关参数代入公式求出 h 值值;4.核算核算Re准则准则;5.求解换热量求解换热量及其他量及其他量P309例例7-1：计算水蒸汽在方形竖壁上凝结时每小时的传热量计算水蒸汽在方形竖壁上凝结时每小时的传热量及凝结蒸汽量及凝结蒸汽量 7-3 膜状凝结的影响因素及其传热的强化膜状凝结的影响因素及其传热的强化影响因素影响因素：不凝结气体不凝结气体*、管子排数、管内冷凝、管子排数、管内冷凝、蒸汽流速蒸汽流速*、蒸汽过热度、液膜过冷度、温度分布的非线性、凝蒸汽过热度、液膜过冷度、温度分布的非线性、凝结表面的几何形状结表面的几何形状膜状凝结传热的强化膜状凝结传热的强化*：基本原则基

12、本原则:减薄液膜厚度减薄液膜厚度 强化技术强化技术:改变凝结表面的几何形状改变凝结表面的几何形状 （主要应了解其机理）（主要应了解其机理）1、不凝结气体的影响不凝结气体的影响影响机理影响机理：(1)冷壁面附近形成一不凝结气体层，增加了一项热阻冷壁面附近形成一不凝结气体层，增加了一项热阻(2)不凝结气体的存在使壁面附近的蒸气分压下降，相不凝结气体的存在使壁面附近的蒸气分压下降，相 应的饱和温度下降，从而使凝结换热的驱动力下降应的饱和温度下降，从而使凝结换热的驱动力下降影响结果影响结果：使表面传热系数大大下降，换热削弱：使表面传热系数大大下降，换热削弱影响程度影响程度：与压力、热负荷、运动速度等有

13、关：与压力、热负荷、运动速度等有关例：纯净水蒸汽膜状凝结，例：纯净水蒸汽膜状凝结，h=5820-11630W/m，含有含有1%空气时，实验证明空气时，实验证明 h值将下降值将下降60%左右左右 7.3.1 膜状凝结的影响因素膜状凝结的影响因素2、管子排数、管子排数 因上下排间的相互影响因上下排间的相互影响,情况比较复杂情况比较复杂.设计时设计时应参考相应条件下的实验资料应参考相应条件下的实验资料.3、管内冷凝、管内冷凝(a)汽液分层流动汽液分层流动-蒸汽流速较低时蒸汽流速较低时;(b)环状流动环状流动-蒸汽流速较高时蒸汽流速较高时 4、蒸汽流速的影响蒸汽流速的影响影响机理影响机理：当蒸汽以一定

14、速度运动时，蒸汽和液膜间：当蒸汽以一定速度运动时，蒸汽和液膜间 会产生一定的力的作用，从而影响液膜厚会产生一定的力的作用，从而影响液膜厚 度，并进而影响换热度，并进而影响换热影响结果影响结果（具有双向性）：（具有双向性）：(1)蒸气流向与液膜流动方向相同时，蒸气流向与液膜流动方向相同时，并使液膜产并使液膜产 生波动，生波动，h(2)蒸气流向与液膜流动方向相反时，将阻碍液膜运动，蒸气流向与液膜流动方向相反时，将阻碍液膜运动，h；但当流速过大时（蒸汽和液膜间力的但当流速过大时（蒸汽和液膜间力的 作用超过重力），将使液膜脱离壁面，作用超过重力），将使液膜脱离壁面，h(3)对于管内凝结对于管内凝结,质

15、量流速不同将导致不同的两相流流质量流速不同将导致不同的两相流流 态态,从而影响凝结传热强度从而影响凝结传热强度 5、6、蒸气过热与液膜过冷、蒸气过热与液膜过冷 （只要对潜热项进行适当修正即可）（只要对潜热项进行适当修正即可）蒸汽过热蒸汽过热:液膜过冷液膜过冷:)68.01()(68.0Jarttcrrwsp)(,svvpttcrr7.3.2 膜状凝结传热的强化膜状凝结传热的强化1.基本原则基本原则:尺量减薄液膜厚度尺量减薄液膜厚度(膜层热阻是主要热阻膜层热阻是主要热阻)2.强化技术强化技术增加增加尖突物尖突物、及时排液、及时排液(1)采用采用高效冷凝面高效冷凝面原理：利用表面张力使肋顶原理：利

16、用表面张力使肋顶 或沟槽脊背的液膜拉薄，从而增强换热。或沟槽脊背的液膜拉薄，从而增强换热。低肋高、小节距横管；锯齿管；低肋高、小节距横管；锯齿管；(2)使液膜在下流过程中分段泄出或采用其他加速排使液膜在下流过程中分段泄出或采用其他加速排 泄的措施，保持开始段泄的措施，保持开始段较薄的条件较薄的条件 加泄出罩加泄出罩;顺液流方向开沟槽的竖管顺液流方向开沟槽的竖管(3)采用微肋管采用微肋管(强化管内换热强化管内换热)高效冷凝面高效冷凝面一般，一般，h锯齿管锯齿管10h光管光管,h低肋管低肋管24h光管光管,h微肋管微肋管3h光管。光管。7-4 沸腾传热沸腾传热主要内容：主要内容：沸腾的概念、分类；

17、沸腾的概念、分类；大容器饱和沸腾与大容器饱和沸腾与大容器饱和沸腾曲线大容器饱和沸腾曲线*；汽泡动力学简介。汽泡动力学简介。沸腾的有关概念沸腾的有关概念、定义定义：沸腾：沸腾：液体与高温壁面接触而被加热时，温度逐渐升液体与高温壁面接触而被加热时，温度逐渐升高，高，工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程种剧烈的汽化过程。沸腾传热：沸腾传热：指工质通过气泡运动带走热量，并使其冷指工质通过气泡运动带走热量，并使其冷却的一种传热方式却的一种传热方式2 2、特点特点：(1)(1)T Ts s=const=const；(2)(2)有过热度有过热度

18、(过程的推动力过程的推动力)；(3)(3)存在汽化核心存在汽化核心(与加热面性质有关与加热面性质有关)；(4)(4)表面表面传热系传热系h数很大。数很大。宏观特征宏观特征：液体内部有：液体内部有汽泡汽泡产生产生3、分类分类过冷沸腾过冷沸腾：液体主体温度低于饱和温度：液体主体温度低于饱和温度TlTs,而而TwTs，气泡不能跃出液面气泡不能跃出液面饱和沸腾饱和沸腾：液体主体温度超过饱和温度，即：液体主体温度超过饱和温度，即 TlTs，气泡能跃出液面气泡能跃出液面大容器沸腾大容器沸腾：加热面沉浸在具有自由表面的液：加热面沉浸在具有自由表面的液(池内沸腾池内沸腾)体中体中,气泡能脱离表面自由浮升气泡能

19、脱离表面自由浮升强制对流沸腾强制对流沸腾：液体在压差作用下以一定速度：液体在压差作用下以一定速度(管内沸腾管内沸腾)流过加热管内部时，在管内表面流过加热管内部时，在管内表面 上产生沸腾，气泡不能自由浮升上产生沸腾，气泡不能自由浮升,被迫与液体一起流动被迫与液体一起流动(两相流两相流)1、换热规律、换热规律四个区域：四个区域：(1)自然对流自然对流 (2)核态沸腾（孤立汽泡区与汽块区）核态沸腾（孤立汽泡区与汽块区）(3)过渡沸腾（不稳定膜沸腾）过渡沸腾（不稳定膜沸腾）(4)稳定膜态沸腾稳定膜态沸腾2、几个关键点：、几个关键点：(1)c烧毁点烧毁点*(临界点临界点)(2)DNB转折点转折点 (3)

20、a不稳定膜态沸腾向稳定膜态沸腾的转折点不稳定膜态沸腾向稳定膜态沸腾的转折点 (4)b起始沸腾点起始沸腾点7.4.1 大容器饱和沸腾及其沸腾曲线大容器饱和沸腾及其沸腾曲线*典型例子典型例子饱和水在水平加热面上的沸腾饱和水在水平加热面上的沸腾qmaxqmin 实例实例:通过管内蒸气的凝结向管外沸腾液体加热通过管内蒸气的凝结向管外沸腾液体加热 实用控制条件：实用控制条件：t=90%tc 工程中两类不同的热边界条件及实用控制措施工程中两类不同的热边界条件及实用控制措施(2)恒热流加热恒热流加热*（加热热流与换热情况无关）（加热热流与换热情况无关）一旦所控制的热流密度值达到最大值，将一旦所控制的热流密度

21、值达到最大值，将 引起壁温飞升引起壁温飞升 “烧毁烧毁”。故须保证故须保证qqmax(1)恒壁温加热恒壁温加热（壁面温度不随换热情况而变）（壁面温度不随换热情况而变）q、h的变化规律一致的变化规律一致 实例：电加热实例：电加热 实用控制条件：实用控制条件：q90%qmax7.4.2 临界热流密度在工程中的意义临界热流密度在工程中的意义临界热流密度临界热流密度沸腾曲线中热流密度的峰值沸腾曲线中热流密度的峰值7.4.3 气泡动力学简介气泡动力学简介1、汽泡在沸腾传热中的作用、汽泡在沸腾传热中的作用 -汽泡的形成汽泡的形成、成长及脱离加热壁面成长及脱离加热壁面,引起强烈引起强烈 的扰动的扰动,从而使

22、流体与壁面间产生强烈的热量交换从而使流体与壁面间产生强烈的热量交换 (热流密度可高达热流密度可高达105106W/m2)2、汽化核心、汽化核心 加热表面上最先产生气泡的地点称为汽化核心加热表面上最先产生气泡的地点称为汽化核心)()(0208.00mgdvld0越小，汽泡脱离越小，汽泡脱离(产生产生)频率越高；频率越高；壁面温度越高，汽化核心数越多壁面温度越高，汽化核心数越多 汽泡脱离直径：汽泡脱离直径：最易成为汽化核心处最易成为汽化核心处:表面微小凹逢处表面微小凹逢处3、气泡存在的条件：、气泡存在的条件：0:2:slsvTTTppR热平衡力平衡-气液界面的表面张力气液界面的表面张力)(2min

23、swvsttrTRR式中：式中：表面张力，表面张力，N/mN/m；r r 汽化潜热，汽化潜热，J/kgJ/kg；v v蒸汽密度，蒸汽密度，kg/mkg/m3 3；t tw w 壁面温度，壁面温度，C C t ts s对应压力下的饱和温度，对应压力下的饱和温度，C C可见，可见，(t(tw wtts s),R,Rminmin 同一加热面上，成为汽化同一加热面上，成为汽化核心的凹穴数量增加核心的凹穴数量增加 汽化核心数增加汽化核心数增加 换热增强换热增强汽泡的存在条件汽泡的存在条件:汽泡半径汽泡半径R必须满足下列条件才能存活必须满足下列条件才能存活(克拉贝龙方程克拉贝龙方程)7-5 大容器沸腾传热

24、的实验关联式大容器沸腾传热的实验关联式一一、大容器饱和核态沸腾、大容器饱和核态沸腾表面传热系数或热流密度的计算表面传热系数或热流密度的计算二、大容器饱和沸腾临界热流密度的计算二、大容器饱和沸腾临界热流密度的计算三、大容器三、大容器(稳定稳定)膜态沸腾表面传热系数膜态沸腾表面传热系数的计算式的计算式 主要影响因素主要影响因素：壁面过热度和汽化核心数。：壁面过热度和汽化核心数。（机理较复杂，主要利用经验关系式进行计算）机理较复杂，主要利用经验关系式进行计算）推荐计算式有：普适于各种流体推荐计算式有：普适于各种流体 适用于制冷介质适用于制冷介质7.5.1 大容器饱和核态沸腾的无量纲关联式大容器饱和核

25、态沸腾的无量纲关联式注意：沸腾换热的准则式与实验数据的偏差很大注意：沸腾换热的准则式与实验数据的偏差很大 （是所有对流换热准则式中偏差最大的）（是所有对流换热准则式中偏差最大的）适用范围：单组分饱和液体在清洁壁面上的沸适用范围：单组分饱和液体在清洁壁面上的沸 腾换热，可用于不同形状的表面。腾换热，可用于不同形状的表面。推荐计算式：推荐计算式：1、普适关联式、普适关联式(Rohesnow)177()(Pr33.0vllwlslplgrqCrtcslvllwlplgrqCrtcPr)(:33.0或7.1,1,;/;/,);/(,;,;/,;Pr,Pr;/,;/,;);/(,322sssmNmkgs

26、mkgKtmWqcsmgkgJrCKkgJcvllllplllwlpl对于其他液体对于水经验指数蒸气界面的表面张力液体蒸气的密度相应于饱和液体和饱和饱和液体的动力粘度壁面过热度沸腾热流密度饱和液体的普朗特数重力加速度汽化潜热数液体组合情况的经验常取决于加热表面饱和液体的比定压热容以上两式中各参数的含义：以上两式中各参数的含义：2、制冷介质、制冷介质库珀库珀(Cooper)公式公式 mprmrrRmKmWCPPMCqhlg2.012.0)187()/(90)lg(66.033.055.05.067.0)/(,;/,);4.03.0,(,;);(:22KmWhmWqmmRpppMpcrr沸腾表面传

27、热系数沸腾热流密度为一般工业管材表面平均粗糙度对比压力即分子量液体的相对分子质量式中 7.5.2 大容器饱和沸腾的临界热流密度大容器饱和沸腾的临界热流密度推荐公式（半经验公式）：推荐公式（半经验公式）：)197()()(242/124/12maxvvlvvlvgrq适用：除液态金属外的大容器饱和沸腾适用：除液态金属外的大容器饱和沸腾注意：实用中应避开热力学临界点（注意：实用中应避开热力学临界点（r0）前面各式中，定性温度为前面各式中，定性温度为ts7.5.3 大容器饱和液体膜态沸腾传热计算大容器饱和液体膜态沸腾传热计算 稳定膜态沸腾稳定膜态沸腾特征：汽化过程发生在气膜特征：汽化过程发生在气膜-

28、液体界面上，加热表液体界面上，加热表 面的状态已不再对过程发生重大影响。故面的状态已不再对过程发生重大影响。故 可用分析求解，其结果类似于膜状凝结换可用分析求解，其结果类似于膜状凝结换 热分析解。热分析解。1、不考虑辐射影响时水平管外稳定膜态沸腾、不考虑辐射影响时水平管外稳定膜态沸腾)217()()(62.04/13swvvvlvttdgrhdtrtttslswm管子外径特征长度确定由其中定性温度:;,);(21:)46()(729.0:4/132wslllttdgrh水平管外膜状凝结换热比较：比较：2、考虑辐射影响时的总表面传热系数、考虑辐射影响时的总表面传热系数)227(:)(3/43/4

29、3/4rchhh超越方程勃洛姆来数复合换热的表面传热系黑度沸腾换热表面的发射率辐射换热表面传热系数腾换热表面传热系数不考虑辐射影响时的沸式中tswswrrchTTTThhh)()237()(,:44P323 例例7-2-7-67-6 沸腾传热的影响因素及强化措施沸腾传热的影响因素及强化措施1、不凝结气体、不凝结气体 溶解于液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到溶解于液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某种强化。原因：温度升高时，不凝结气体的逸出某种强化。原因：温度升高时，不凝结气体的逸出将使壁面附近的微小凹坑得以活化，使将使壁面附近的微小凹坑得以活化，使qt曲线曲线向小向小t方向移动，从而强化换热。

30、方向移动，从而强化换热。2、过冷度、过冷度 核态沸腾起始段核态沸腾起始段,h(tw-tf)1/4,故过冷将使故过冷将使h增大；增大；其他区域：过冷度对换热强度无影响。其他区域：过冷度对换热强度无影响。3、液位高度、液位高度 液位足够高时，液位足够高时，h与液位高度无关；与液位高度无关；液位降低到临界液位降低到临界液位液位Hc时时,h随液位随液位的降低而明显升高的降低而明显升高低液位沸腾。低液位沸腾。常压下的临界液位：常压下的临界液位：Hc=5mm图中介质为一个图中介质为一个 大气压下的水大气压下的水4、重力加速度、重力加速度 随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件随着航空航天技术的发展，超

31、重力和微重力条件下的传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的下的传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就现有的成果表明：地步，就现有的成果表明：在很大范围内在很大范围内(g=0.101009.8m/s2)，g 几乎对几乎对核态沸腾的换热规律无影响，但对液体自然对流则有核态沸腾的换热规律无影响，但对液体自然对流则有显著影响显著影响(h随随g增加而增大增加而增大)。由于。由于 因此，因此，g Nu 换热加强。换热加强。23tlgGrnCNuPr)(Re 6、强制对流沸腾（管内沸腾）、强制对流沸腾（管内沸腾）特点特点：为复杂的气：为复杂的气液两相流动，随着沿途不断液两相流动，随着沿途不断

32、 受热，含汽量、流速和流动结构都不断变受热，含汽量、流速和流动结构都不断变 化，反过来又影响气泡行为。是沸腾现象化，反过来又影响气泡行为。是沸腾现象 与强制对流的综合。与强制对流的综合。主要影响因素主要影响因素：含气量、质量流量、压力：含气量、质量流量、压力5、沸腾表面的结构沸腾表面的结构(详见强化措施详见强化措施)特例一：竖管内强制对流沸腾特例一：竖管内强制对流沸腾特例二：水平管内强制对流沸腾特例二：水平管内强制对流沸腾 泡状流动泡状流动单相单相气泡气泡P323例例7-2：根据水的大容器饱和沸腾曲线计算加：根据水的大容器饱和沸腾曲线计算加 热系统的热系统的Cwl。P325例例7-4：根据水的

33、大容饱和沸腾曲线，计算在一：根据水的大容饱和沸腾曲线，计算在一 定壁面温度下单位加热面积的汽化率。定壁面温度下单位加热面积的汽化率。(已知：水已知：水-铂系统，铂系统，p=1.013105pa,t=113.9)P324例例7-3：根据：根据R134a大容器水平光管沸腾换热试大容器水平光管沸腾换热试 验结果，简化库珀公式。验结果，简化库珀公式。P326 例例7-5：临界热流密度的计算：临界热流密度的计算P326 例例7-6：求沸腾传热表面传热系数：求沸腾传热表面传热系数1、强化大容器沸腾的表面结构、强化大容器沸腾的表面结构 增加表面凹坑增加表面凹坑沸腾表面上的沸腾表面上的微小微小凹坑凹坑最易成为

34、汽化核心。最易成为汽化核心。强化沸腾传热的基本原则强化沸腾传热的基本原则:尽量增加加热面上的汽化核心数尽量增加加热面上的汽化核心数增加表面凹坑的具体方法：增加表面凹坑的具体方法：(1)用用物化方法物化方法在换热表面上造成一层多孔结构在换热表面上造成一层多孔结构(2)用用机械方法机械方法在换热表面上造成一层多孔结构在换热表面上造成一层多孔结构 (P330，图图7-21)经处理后经处理后,表面传热系数值可提高一个数量级。表面传热系数值可提高一个数量级。7.6.2 沸腾传热的强化沸腾传热的强化2.强化管内沸腾的表面结构强化管内沸腾的表面结构 内螺纹管内螺纹管,内肋管内肋管(图图7-22)7.7 热管

35、热管7.1.1 热管的工作原理热管的工作原理1 1、带吸、带吸液芯的热管液芯的热管 优点：对蒸发段和冷优点：对蒸发段和冷凝段的位置无任何限制；凝段的位置无任何限制；缺点：制造成本高缺点：制造成本高2 2、重力热管重力热管-热虹吸管热虹吸管 （不带吸液芯）（不带吸液芯）冷凝段必须位于蒸发冷凝段必须位于蒸发段以上段以上7.7.2 热管的特性：热管的特性：(1)超导热性与等温性超导热性与等温性 热阻极小的沸腾、凝结两种相变换热过程热阻极小的沸腾、凝结两种相变换热过程 及通过薄壁金属管的导热过程非常巧妙地结合及通过薄壁金属管的导热过程非常巧妙地结合 起来。是高一种高效传热元件起来。是高一种高效传热元件,也可作为理想也可作为理想 的控温工具的控温工具.(2)热流密度可调节性热流密度可调节性 可用来冷却高热流密度的元件，而对热管可用来冷却高热流密度的元件，而对热管 本身的冷却仍可采用常规冷却方法。本身的冷却仍可采用常规冷却方法。7.7.3 热管的应用热管的应用1.航天技术航天技术 卫星表面的等温化卫星表面的等温化;卫星内仪器设备的温度控制卫星内仪器设备的温度控制2.热能动力工程热能动力工程 空气预热器空气预热器,用于烟气的热回收用于烟气的热回收3.电子技术电子技术 电子元器件的冷却电子元器件的冷却