凝結(jié)與沸騰換熱.ppt

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1、第七章凝結(jié)與沸騰換熱BoilingandCondensation2021/7/28傳熱學(xué)李瓊1三相點(diǎn)：液—?dú)狻剔D(zhuǎn)化相變換熱：蒸汽的凝結(jié)、液體的沸騰、液體的蒸發(fā)、液體的凝固、固體熔化等應(yīng)用：冷凝器：（氣—液）放出潛熱蒸發(fā)器：（液—?dú)猓┪諠摕嵴羝麎嚎s式制冷：認(rèn)為應(yīng)用氣液相變實(shí)現(xiàn)制冷。引言2021/7/28傳熱學(xué)李瓊2因流體潛熱的釋熱或吸收而使這種熱交換過(guò)程的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于同種流體無(wú)相變的換熱強(qiáng)度；當(dāng)流體為飽和流體時(shí)，相變換熱過(guò)程中流體溫度tf不發(fā)生變化；過(guò)程復(fù)雜，工程上也只能助于經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。相變換熱的特點(diǎn)：2021/7/28傳熱學(xué)李瓊32021/7/28傳熱學(xué)

2、李瓊4§7-1凝結(jié)換熱寒冷冬天窗戶上的冰花液體對(duì)壁面附著力>液體的表面張力，膜狀凝結(jié)液體對(duì)壁面附著力<液體的表面張力，珠狀凝結(jié)一、凝結(jié)換熱分類2021/7/28傳熱學(xué)李瓊5滴水滴水銀2021/7/28傳熱學(xué)李瓊62021/7/28傳熱學(xué)李瓊7膜狀凝結(jié)沿整個(gè)壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過(guò)液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。珠狀凝結(jié)當(dāng)凝結(jié)液體不能很好的浸潤(rùn)壁面時(shí)，則在壁面上形成許多小液珠，此時(shí)壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)（可能大幾倍，甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)）gg二、凝結(jié)換熱機(jī)理實(shí)驗(yàn)查明：幾乎所有蒸汽在純凈條

3、件下均能在常用工程材料的潔凈面上得到膜狀凝結(jié)（洗凈標(biāo)準(zhǔn)）近年對(duì)珠狀凝結(jié)的研究：對(duì)紫銅管技術(shù)處理后在實(shí)驗(yàn)條件下連續(xù)3800小時(shí)珠狀凝結(jié)，但工業(yè)凝結(jié)器中很難。珠狀凝結(jié)很難保持，因此，大多數(shù)工程中遇到的凝結(jié)換熱大多屬于膜狀凝結(jié)。本章僅討論蒸汽的膜狀凝結(jié)。應(yīng)用現(xiàn)狀分析2021/7/28傳熱學(xué)李瓊8三、凝結(jié)換熱計(jì)算2021/7/28傳熱學(xué)李瓊91916年，Nusselt提出的簡(jiǎn)單膜狀凝結(jié)換熱分析是近代膜狀凝結(jié)理論和傳熱分析的基礎(chǔ)。假定：1）常物性；2）氣液界面上無(wú)溫差，即液膜溫度等于飽和溫度；3）蒸氣靜止；4）液膜的慣性力忽略；5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱；6）液

4、膜的過(guò)冷度忽略；1、層流膜狀凝結(jié)理論解2021/7/28傳熱學(xué)李瓊10gt(y)u(y)ThermalboundarylayersVelocityboundarylayers微元控制體邊界層微分方程組：對(duì)應(yīng)于p.109-111頁(yè)(5-3)，(5-4)，(5-5)x2021/7/28傳熱學(xué)李瓊11應(yīng)用于蒸氣，考慮（3）（4）?考慮（5）膜內(nèi)溫度線性分布，即熱量轉(zhuǎn)移只有導(dǎo)熱?代入動(dòng)量微分方程考慮（4）?只有u和t兩個(gè)未知量，于是，上面得方程組化簡(jiǎn)為：2021/7/28傳熱學(xué)李瓊12邊界條件：求解上面方程可得：熱平衡關(guān)系：其中：2021/7/28傳熱學(xué)李瓊13(1)液膜厚

5、度定性溫度：注意：r按ts確定整理得：求解得：2021/7/28傳熱學(xué)李瓊14(2)局部對(duì)流換熱系數(shù)整個(gè)豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)定性溫度：注意：r按ts確定對(duì)于傾斜壁，則用gsinθ代替以上各式中的g即可2021/7/28傳熱學(xué)李瓊15(3)水平圓管努塞爾的理論分析可推廣到水平圓管的層流膜狀凝結(jié)定性溫度與前面的公式相同，定型尺寸不同，垂直壁為長(zhǎng)度l，水平管為外徑d。只要不是很短的管子，橫放時(shí)管外的凝結(jié)表面換熱系數(shù)高于豎放。冷凝器設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用水平布置。獲得Nu理論解的關(guān)鍵：對(duì)實(shí)際問(wèn)題所做的合理簡(jiǎn)化假設(shè)及據(jù)此推導(dǎo)出的微分方程；常微分方程求解思路：簡(jiǎn)化方程組，獲得u，t

6、分布表達(dá)式；利用dx一段距離上凝結(jié)液質(zhì)量平衡關(guān)系式獲得δ表達(dá)式；利用導(dǎo)熱公式與牛頓冷卻公式聯(lián)立求解出h?？偨Y(jié)分析：2021/7/28傳熱學(xué)李瓊162021/7/28傳熱學(xué)李瓊17無(wú)波動(dòng)層流有波動(dòng)層流湍流凝結(jié)液體流動(dòng)也分層流和紊流，并且其判斷依據(jù)仍然時(shí)Re，式中：um為x=l處液膜層的平均流速；de為該截面處液膜層的當(dāng)量直徑。2、層流膜狀凝結(jié)換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式1）流態(tài)判斷如圖由熱平衡所以傳熱學(xué)李瓊182021/7/28L層流到紊流的臨界Re值，定型尺寸：垂直壁為高度，水平管管外凝結(jié)為周長(zhǎng)πd。2）凝結(jié)準(zhǔn)則Co傳熱學(xué)李瓊192021/7/28物理意義：反映凝結(jié)換熱的強(qiáng)弱。垂

7、直壁理論解：水平管理論解：3）實(shí)驗(yàn)修正對(duì)垂直壁，當(dāng)301800時(shí)，紊流，7-7計(jì)算。分析圖7-3：2021/7/28傳熱學(xué)李瓊212021/7/28傳熱學(xué)李瓊223、紊流膜狀凝結(jié)換熱對(duì)紊流液膜，除了靠近壁面的層流底層仍依靠導(dǎo)熱來(lái)傳遞熱量外，層流底層之外以紊流傳遞