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1、沸騰換熱計算式沸騰換熱計算式????(1)大容器飽和核態(tài)沸騰????前面的分析表明，影響核態(tài)沸騰的因素主要是壁面過熱度和汽化核心數(shù)，而汽化核心數(shù)又受到墨面材料及其表面狀況、壓力和物性的影響。由于因素比較復雜，如墨面的表面狀況受表面污染、氧化等影響而有不同，文獻中提出的計算式分歧較大。在此僅介紹兩種類型的計算式：一種是針對某一種液體的；另一種是廣泛適用于各種液體的。當然，針對性強的計算式精確度往往較高。????對于水,米海耶夫推薦的在105～4×106Pa壓力下大容器飽和沸騰的計算式為(3-4)按q=h△t的關(guān)系,上式也可轉(zhuǎn)換
2、成(3-5)以上兩式中h:沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),W/(m2·K)??????????????????p:沸騰絕對壓力,Pa;??????????????△t:壁面過熱度,℃;??????????????????q:熱流密度,W/m2。????基于核態(tài)沸騰換熱主要是氣泡高度擾動的強制對流換熱的設(shè)想,推薦以下使用性光的實驗關(guān)聯(lián)式:(3-6)式中cpl:飽和液體的比定壓熱容,J/(kg·K);????????Cwl:取決于加熱表面-液體組合情況的經(jīng)驗常數(shù);??????????r:汽化潛熱,J/kg;??????????g:重力加速
3、度,m/s2;???????Prl:飽和液體的普朗數(shù),Prl=cplμl/kl;???????μl:飽和液體的動力粘度,kg/(m·s);ρl、ρv:飽和液體和飽和蒸汽的密度,kg/m3;?????????γ:液體-蒸汽截面的表面張力,N/m;??????????s:經(jīng)驗指數(shù),對于水s=1,對于其他液體s=1.7。????由實驗確定的Cwl值見表3-1。表面-液體組合情況Cwl水-銅燒焦的銅0.0068拋光的銅0.0130水-黃銅0.0060水-鉑0.0130水-不銹鋼磨光并拋光的不銹鋼0.0060化學腐蝕的不銹鋼0.013
4、0機械拋光的不銹鋼0.0130苯-鉻0.101乙醇-鉻0.0027?表3-1各種表面-液體組合情況的Cwl值圖3-5鉑絲加熱水的沸騰換熱實驗數(shù)據(jù)的整理????水在不同壓力下沸騰的實驗數(shù)據(jù)與式(3-6)的比較見圖3-5。????式(3-6)還可以改寫成為以下便于計算的形式:(3-7)????這里要著重指出兩點：????1）式（3-6）實際上也是形如Nu=f（Re，Pr）或St=f（Re，Pr）的主則式。其中：是以單位面積上的蒸汽質(zhì)量流速q/r為特征速度的Re數(shù)；為特征長度，它正比于旗袍脫離加熱面時的直徑。不難證明，r/cpl△
5、t就是St數(shù)，其中Nu數(shù)也以為特征長度。????2）由于沸騰換熱的復雜性，目前在各類對流換熱的準則式中以沸騰換熱準回式與實驗數(shù)據(jù)的偏差程度最大。以圖3-5所示情形為例，當已知△t計算q時，計算值與實驗值的偏差可達±100％；而由于q～△t3，因而已知q計算△t時，則偏差可縮小到±33％左右。????對于制冷介質(zhì)而言，以下的庫珀(Cooper）公式目前得到教廣泛的應(yīng)用：（3-8）式中，Mr為液體的分子量；pr為對比壓力（液體壓力與該流體的臨界壓力之比）；Rp為表面平均粗糙度，μm（對一般工業(yè)用管材表面，Rp為0.3～0.4μm
6、）；q為熱流密度，W/m2；h的單位為W/（m2·K）?！纠?-1】圖3-1為1大氣壓下飽和水的沸騰曲線，試求此加熱系統(tǒng)的Cwl值。????【解】按式（3-6）確定Cwl。????已知：s=1，飽和溫度ts=100℃。飽和水的物性從附錄查得為:cp=4.22kJ/(kg·K),Pr=1.75,ρl=958.4kg/m3,γ=0.0589N/m,μ=0.000283kg/(m·s),而ρv=0.598kg/m3,r=2257kJ/kg。于是從圖3-1讀得:q=4×105W/m2時,△t=10℃。于是討論該例題給出了如何由實驗測
7、定值來確定不同的固-液配對時系數(shù)Cwl值的方法。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算Cwl時，為取得一個平均值，應(yīng)當測定數(shù)個q下的△t值，然后通過計算獲得其平均值?！纠?-2】R-12及R-22由于其對大氣臭氧層有破壞作用已被國際社會規(guī)定禁止生產(chǎn)、使用或即將停止生產(chǎn)與使用。R-134a是用以替代它們的一種新制冷劑。為了查明其傳熱性能，進行了大容器水平光管沸騰換熱試驗，到得了表3-2所列的數(shù)據(jù):試驗條件是ts=5℃(ps=0.349MPa)。R-134a的分子量為Mr=102,臨界壓力為pc=4.06MPa,試將庫珀公式簡化成h=cq0.67的形
8、式,并對計算值hc及實驗值he的差別進行比較。????【解】式(3-8)可轉(zhuǎn)化為取Rp=0.3μm,則m=0.2246。于是有表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算值hc與實測值he的對比如表3-3所示。計算值與實測值對比表3-3q(W/m2)2.09×1062.51×1042.93×1043.35×1043
