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1、不凝結(jié)氣體水平管外凝結(jié)傳熱分析作者：貨志光汪榮順顧安忠閱讀：373次上傳時(shí)間：2006-01-25推蒼人：source（X）（已傳論文360套）簡(jiǎn)介：木文闡述/不凝結(jié)氣體對(duì)凝結(jié)換熱的影響機(jī)理，回顧/不凝結(jié)氣體?蒸汽浞合物凝結(jié)換熱的計(jì)算方法，包括：基于邊界層理論的數(shù)值方法，Peterson質(zhì)擴(kuò)散模型以及關(guān)聯(lián)式法。本文采用雙膜理論，結(jié)合迭代法求氣液分界而氣體濃度的方法，分別計(jì)算水蒸汽-空氣，制冷劑-空氣混合物在水甲管外凝結(jié)傳熱的換熱系數(shù)。計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)已宥的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表明：雙膜計(jì)算方法可用于不凝結(jié)氣體濃度10%以下的水平管外層流膜狀凝結(jié)問題的設(shè)計(jì)計(jì)兌，精度約
2、在15%。此法討用于已知換熱管壁面溫度條件下的水平管外不凝結(jié)氣體與蒸汽混合物的凝結(jié)換熱系數(shù)計(jì)算。關(guān)鍵字：不凝結(jié)氣體凝結(jié)換熱關(guān)聯(lián)式0引言O(shè)thmei?扱早發(fā)現(xiàn)蒸汽中含有少量不可凝性氣體，會(huì)對(duì)凝結(jié)傳熱產(chǎn)生負(fù)而影響，其計(jì)算有如下特點(diǎn)：（1）由于蒸汽潛熱的存在，熱負(fù)荷與溫度的關(guān)系為非線性關(guān)系，因此不能像單相氣體冷卻那樣計(jì)算傳熱速率。（2）隨著冷凝的進(jìn)行，蒸汽的露點(diǎn)在不斷變化，因此又不能采用努謝爾特公式計(jì)算。（3）在混合氣體管外膜態(tài)凝結(jié)屮，不凝結(jié)氣體富集在氣-液表面形成了一個(gè)擴(kuò)散層，氣體擴(kuò)散層存在的氣體濃差推動(dòng)蒸汽向界詘擴(kuò)散凝結(jié)。因此，既冇顯熱傳遞過程、又冇蒸汽擴(kuò)敗
3、、冷凝傳熱過程。（4）凝液流句豎直向’卜，而在擴(kuò)散層中M時(shí)存在對(duì)流和擴(kuò)散作用。！±1于氣-液相界而處于動(dòng)態(tài)平衡中，不斷有凝結(jié)液體產(chǎn)生，這種凝結(jié)對(duì)氣液界而有一種“抽吸”作用。（5）氣-液界而的粘性力使氣體擴(kuò)散層有下沉趨勢(shì)。當(dāng)不凝結(jié)氣體分子雖小于凝結(jié)蒸汽分子量吋，擴(kuò)散層向上發(fā)展；反之，則向下發(fā)展。不凝結(jié)氣體存在吋，換熱系數(shù)計(jì)算有三種方法：（1）基于邊界層理論的數(shù)值方法。研宄者通常對(duì)流邊界層的動(dòng)量、能量積分方程，然后通過有限差分法等數(shù)值方法求解。（2）棊于Peterson擴(kuò)散層模型的分析方法，然后采用傳熱傳質(zhì)類比方法以及迭代計(jì)算等方法求解。（3）關(guān)聯(lián)式法，包括系
4、數(shù)法、迭代關(guān)聯(lián)法、非迭代關(guān)聯(lián)法。迭代模型往往需要通過迭代方法求界面的溫度、濃度、壓力等參數(shù)。而非迭代模型避開求氣液界面參數(shù)。各類關(guān)聯(lián)式列表如卜表1不凝結(jié)氣體-蒸汽浞合物凝結(jié)傳熱關(guān)聯(lián)式義獻(xiàn)關(guān)聯(lián)式及適用范圍[1]。式中：為含不凝結(jié)氣體的蒸汽混合物的運(yùn)動(dòng)粘度；k是不凝結(jié)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)；~是不凝結(jié)氣體在可凝蒸汽中的互擴(kuò)散系數(shù)。適于0?40%。12-3]0Llt表
5、氺界而扔力及表而波動(dòng)對(duì)凝液液膜換熱的影農(nóng)示界而煎力對(duì)液膜厚度的減小效果，是凝液流貴的函數(shù)，是不凝結(jié)氣體質(zhì)最含最的函數(shù)。適于蒸汽-空氣管內(nèi)凝結(jié)傳熱.式屮力無因次準(zhǔn)數(shù)。適于低樂水蒸汽-空氣管A凝結(jié)傳熱.171Cfa=0.0251^*11^^,適于水蒸汽?空氣45度斜波紋槽道管內(nèi)冷凝傳熱，BLe=200-60C，空氣質(zhì)量含量妍獻(xiàn)波紋槽道制冷凝傳熱，Re=200-740中氣質(zhì)B:含S:>^=0.033-0.246以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式對(duì)解決條件類似的14題簡(jiǎn)捷冇效。例是，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為管內(nèi)水蒸汽-空氣/氦氣混合物凝結(jié)換熱的經(jīng)驗(yàn)公式，而針對(duì)管外凝結(jié)換熱的研宂很少。木
6、文應(yīng)用Peterson的雙膜模型解決不凝結(jié)氣體存在吋管外層流膜狀凝結(jié)傳熱問題。雙膜模型圖2混合氣體溫度、壓力及濃度分布不凝結(jié)氣體弓蒸汽混合物筲外凝結(jié)現(xiàn)象及雙膠模型的熱阻分析示如圖1。圖1混合氣體溫度、壓力及濃度分布出L1文獻(xiàn)。蒸汽-不凝結(jié)氣體邊界層傳熱、傳質(zhì)基礎(chǔ)：氣相主體向管壁的傳熱，既冇顯熱的傳遞，又冇潛熱的傳遞，兩者之和為總的傳熱量。敁熱傳遞可用氣體傳熱膜系數(shù)計(jì)算。潛熱傳遞的計(jì)算比較雜。當(dāng)蒸汽擴(kuò)散至換熱管哦,若管哦溫度低于蒸汽露點(diǎn),則蒸汽在管哦冷凝形成液膜。氣相主體的蒸汽分壓與液膜溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓之差即為傳質(zhì)推動(dòng)力。蒸汽在冷凝液膜上冷凝，放出潛熱。
7、顯熱與潛熱再通過液膜、管壁、冷流體液膜傳半:冷流體。氣流邊界層傳熱包括顯熱傳熱11*、蒸汽凝結(jié)潛熱傳熱?因此能鱟7/程可寫為：這一熱景等丁?凝液液膜與壁面的傳熱景。即：聯(lián)立式(1)、式(2)可得：^)(3)式中：是凝液流量，是從氣相到液膜的顯熱傳熱換熱系數(shù)，U是凝結(jié)傳熱換熱系數(shù)。它由下式求得：—=(4)由式⑶可得：*Z(1；-T,)成■!；)⑸所以，總體換熱系數(shù)=水平橫管外層流吋的膜狀凝結(jié)平均換熱系數(shù)按努謝爾特理論計(jì)算式。?=叫感r.式中，.V,~?分別表示冇不凝結(jié)氣體存在時(shí)和沒冇不凝結(jié)氣體存在時(shí)的經(jīng)過凝液液膜層的傳遞熱貴的換熱系數(shù)。f表示由于不凝結(jié)氣體對(duì)
8、凝液的波動(dòng)效果而導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)增加。McAdams建議3位為1.28
