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1、第10章相變換熱10.1沸騰換熱10.2凝結(jié)換熱10.3相變傳熱的強化機理與措施1沸騰和凝結(jié)換熱占有極其重要的地位。常規(guī)火力發(fā)電或核電，沸騰和凝結(jié)換熱器都屬于關(guān)鍵設(shè)備。在化工、制冷、空調(diào)和熱泵機組中沸騰和凝結(jié)也是最主要的工藝過程。在一些高新技術(shù)中，相變換熱已成為特殊場合的首選冷卻手段，如針對超小型電子元器件的微通道冷卻及微型熱管等。沸騰與凝結(jié)屬于高傳熱速率換熱方式。如水在沸騰和凝結(jié)時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可達104~105W/(m2?K)以上，相應(yīng)的熱流密度接近106W/m2。但有機介質(zhì)和制冷劑相變時的傳熱遠比水低得多。2大空間沸騰或稱池沸騰10.1.1沸騰換熱曲線水在1atm壓力下的典型沸騰曲線核態(tài)沸
2、騰：壁面溫差5~30℃（AC段）核化點熱流密度的極值點C，稱臨界熱流密度點C以后稱為過渡沸騰區(qū)10.1沸騰換熱點D以后稱為膜態(tài)沸騰區(qū)3多數(shù)沸騰加熱設(shè)備以改變加熱面的熱流密度qw作為基本調(diào)節(jié)手段，如電加熱、燃燒器或核反應(yīng)堆均如此。須特別注意熱流密度絕不可越過qmax。一旦越過，實際運行工況將瞬間跳到E點，使加熱壁面迅速達到1000℃以上。10.1.2沸騰換熱的計算關(guān)聯(lián)式米海耶夫（МихеевМ?。┯嬎闶?Cwl為按照加熱面材質(zhì)與液體種類的組合選取的經(jīng)驗常數(shù)，Pr數(shù)的冪指數(shù)n分為兩種情況，可從表10–1中查取羅森諾公式只能用于清潔表面用該式估算熱流密度時，最大的不確定度可能達到?100％羅森諾（W
3、.M.Rohsenow）計算式510.1.3影響沸騰換熱的主要因素1．液體的熱物性2．加熱表面的狀況(1)壁面材料的種類、熱物理性質(zhì)以及壁面厚度；(2)表面粗糙度對沸騰換熱具有重要影響；(3)壁面的氧化、老化和污垢沉積狀況。3．液體的壓力4．其它因素:包括不凝氣體含量，加熱表面的大小與空間方位以及液體的液位等610.2凝結(jié)換熱表面凝結(jié)膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)凝結(jié)形態(tài)取決于凝結(jié)液的表面張力和它對表面附著力的相對大小710.2.1豎壁層流膜狀凝結(jié)理論解簡介努塞爾（W.Nusselt）理論解的基本假設(shè)：單組分飽和純凈蒸汽;常物性且溫度均勻;汽相宏觀靜止，忽略液相與汽相之間的粘性切應(yīng)力;忽略液膜慣性力，相變在
4、汽?液交界面上;忽略液膜內(nèi)因?qū)α饕鸬臒崃總鬟f，即認為液膜內(nèi)僅有導(dǎo)熱作用;液膜表面沒有波動，忽略過冷度。8層流膜狀凝結(jié)理論解的結(jié)果除汽化潛熱和汽相密度按飽和溫度取值，其他都按液膜的算術(shù)平均溫度tm＝(tsat+tw)/2取值。液膜必定過冷，羅森諾（WMRohsenow）提議把汽化潛熱改為r?=r+0.68cpl(tsat－tw)。若蒸汽少量過熱，把過熱熱量加入到汽化潛熱中可以推廣到水平圓管，甚至球體外表面常數(shù)C對水平管等于0.729，對球體等于0.826910.2.2凝結(jié)雷諾數(shù)和湍流膜狀凝結(jié)換熱凝結(jié)液膜的雷諾數(shù)Rec10在Rec<30條件下，采用教材中式（10-4）計算11豎壁湍流膜狀凝結(jié)的拉
5、奔索夫（Labuntsov）關(guān)聯(lián)式，用于Rec≥1800對于層流＋湍流凝結(jié)，須按兩段分別計算，然后作加權(quán)平均得出整個壁面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。30≤Rec≤1800水平管束外表面的膜狀凝結(jié)換熱仍采用教材中式(10-5)，只需將其中的特征尺寸d用nd代替即可。1210.2.3影響膜狀凝結(jié)換熱的其他因素(1)蒸汽中含不可凝氣體：蒸汽中的不凝氣體在液膜表面聚集，分壓力升高；蒸汽分子必須以質(zhì)擴散方式穿越不可凝氣體層才能到達液膜表面。(2)蒸汽流速導(dǎo)致的剪切力可能促進液膜加快排泄。(3)凝結(jié)表面的狀況，包括形狀、表面粗糙度和氧化、腐蝕、污染等。1310.3相變傳熱的強化機理與措施強化沸騰換熱的主要著眼點是
6、設(shè)法提高單位傳熱面上活核化點的數(shù)目，增強汽泡在沸騰表面上形成及脫離的可能性以及加熱面上薄液膜的蒸發(fā)能力。措施包括：整體粗糙表面、多孔表面、腐蝕表面、覆蓋穿孔箔或網(wǎng)狀物、不潤濕涂層以及采用復(fù)合材料等。10.3.1沸騰傳熱強化14(a)High-flux管剖面(b)ECR?40管(c)Thermoexcel－E管E管的縱剖面一種機加工沸騰多孔表面的剖面1510.3.2凝結(jié)傳熱強化提高凝結(jié)傳熱的關(guān)鍵在于：設(shè)法使液膜變薄，同時努力促進冷凝液的排泄.格雷戈里效應(yīng)管(a)Thermoexcel?C表面（b）低肋管(c)高熱流冷凝管TE-iC-1冷凝強化管下一章16
