传热学教案6

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：了解强化凝结与沸腾换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换热。其特点是：伴随有相变的对流换热。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 一、基本概念 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。 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： ①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。 ②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。 （2）珠状凝结 ①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。 产生珠状凝结时，所形成的液珠不断发展长大，在非水平的壁面上，因受重力作用，液珠长大到一定尺寸后就沿壁面滚下。在滚下的过程中，一方面会合相遇的液珠，合并成更大的液滴，另一方面也扫治了沿途的液珠，使壁面重复液珠的形成和成长过程。图 6－3是珠状凝结的照片，从中可清楚地看出珠状凝结时壁面上不同大小液滴的存在情况。 θ 小则液体湿润能力强，就会铺展开来。一般情况下，工业冷凝器，形成膜状凝结，但珠状凝结的形成比较困难且不持久。 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。 3.产生的条件：固体壁面温度wt 必须低于蒸气的饱和温度st ，即wstt。 实验查明，几乎所有的常用蒸气，包括水蒸气在内，在纯净的条件下均能在常用工程材料的洁净表面上得到膜状凝结。在大多数工业冷凝器中，例如动力与制冷装置的冷凝器上，实际上都得到膜状凝结。 6-2 膜状凝结分析解及关联式 一、纯净蒸汽层流膜状凝结分析解 1.努塞尔微分方程组根据：液体膜层的导热热阻是凝结过程的主要热阻。 1916年，努塞尔在理论分析中作了若干合理假设，从而揭示了有关物理参数对凝结换热的影响。 2.假设条件： 除在标题中已明确的纯净饱和蒸气层流液膜的假定外，...