第七章凝結(jié)和沸騰傳熱1、重點(diǎn)內(nèi)容：

①凝結(jié)與沸騰換熱機(jī)理及其特點(diǎn)；②膜狀凝結(jié)換熱分析解及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式；③大容器飽和核態(tài)沸騰及臨界熱流密度。2、掌握內(nèi)容：掌握影響凝結(jié)與沸騰換熱的因素。3、了解內(nèi)容：相變傳熱的強(qiáng)化措施。第七章凝結(jié)和沸騰傳熱1、重點(diǎn)內(nèi)容：第七章凝結(jié)和沸騰傳熱相變換熱的特點(diǎn)：由于有潛熱釋放和相變過(guò)程的復(fù)雜性，比單相對(duì)流換熱更復(fù)雜，因此，目前，工程上也只能助于經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。相變對(duì)流傳熱凝結(jié)傳熱（氣相變液相）沸騰傳熱（液相變氣相）凝結(jié)傳熱：夏天出空調(diào)房間后的眼鏡表面膜狀凝結(jié)沸騰傳熱：燒開(kāi)水相變對(duì)流傳熱的重點(diǎn)在于確定表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，然后由牛頓冷卻公式計(jì)算熱流量第七章凝結(jié)和沸騰傳熱相變換熱的特點(diǎn)：由于有潛熱釋放和相變7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)傳熱：蒸汽與低于其飽和溫度的壁面接觸時(shí)，將汽化潛熱釋放給壁面的過(guò)程。凝結(jié)傳熱產(chǎn)生的必要條件：gg膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)傳熱：蒸汽與低于其飽和溫度的壁面接觸時(shí)7-1凝結(jié)傳熱珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)的表面換熱系數(shù)>>膜狀凝結(jié)，但是一般無(wú)法長(zhǎng)久保持。

2.55×1055000～250007-1凝結(jié)傳熱珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)的表面換熱系數(shù)>>膜狀7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)換熱的關(guān)鍵點(diǎn)（1）凝結(jié)可以膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)的形式發(fā)生；（2）冷凝物相當(dāng)于增加了熱量進(jìn)一步傳遞的熱阻；（3）層流和湍流膜狀凝結(jié)換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式；（4）影響膜狀凝結(jié)換熱的因素；（5）會(huì)分析豎壁和橫管的換熱過(guò)程，及Nusselt膜狀凝結(jié)理論。凝結(jié)換熱實(shí)例：汽輪機(jī)中的凝汽器

寒冷冬天窗戶(hù)上的冰花許多其他的工業(yè)應(yīng)用過(guò)程7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)換熱的關(guān)鍵點(diǎn)凝結(jié)換熱實(shí)例：汽輪機(jī)中的凝7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)換熱中的重要參數(shù)（1）蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差（ts-tw）；（2）汽化潛熱r；（3）特征尺度；（4）其他標(biāo)準(zhǔn)的熱物理性質(zhì)，如動(dòng)力粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)換熱中的重要參數(shù)7-1凝結(jié)傳熱一凝結(jié)過(guò)程膜狀凝結(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)）gg7-1凝結(jié)傳熱一凝結(jié)過(guò)程膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)gg7-1凝結(jié)傳熱接觸角小則液體潤(rùn)濕能力強(qiáng)，液體會(huì)鋪展在壁面上。7-1凝結(jié)傳熱接觸角小則液體潤(rùn)濕能力強(qiáng)，液體會(huì)鋪展在壁面7-1凝結(jié)傳熱膜狀凝結(jié)是工程設(shè)計(jì)的依據(jù)幾乎所有的常用蒸氣，在純凈的條件下均能在常用工程材料的潔凈表面上得到膜狀凝結(jié)在大多數(shù)工業(yè)冷凝器中，特別是動(dòng)力冷凝器上，實(shí)際上都得到膜狀凝結(jié)從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，為了保證凝結(jié)效果，只能用膜狀凝結(jié)的計(jì)算式作為設(shè)計(jì)的依據(jù)7-1凝結(jié)傳熱膜狀凝結(jié)是工程設(shè)計(jì)的依據(jù)幾乎所有的常用蒸氣7-1凝結(jié)傳熱二膜狀凝結(jié)傳熱努塞爾純凈飽和蒸汽層流膜狀凝結(jié)理論分析解：液體膜層的熱阻為主要因素。基本假設(shè)：二維、穩(wěn)態(tài)、常物性、層流；蒸汽靜止，汽液界面無(wú)對(duì)液膜的粘滯力；忽略慣性力，液膜的運(yùn)動(dòng)僅取決于重力和粘滯力；4.壁溫tw＝const，汽液界面無(wú)溫差tδ＝ts5.

液膜內(nèi)部無(wú)對(duì)流而只有導(dǎo)熱，溫度分布為線性；6.忽略液膜的過(guò)冷度，即認(rèn)為液膜僅存在潛熱；7.蒸汽密度<<液體密度；8.液膜表面平整無(wú)波動(dòng)。7-1凝結(jié)傳熱二膜狀凝結(jié)傳熱努塞爾純凈飽和蒸汽層流膜狀7-1凝結(jié)傳熱局部對(duì)流換熱系數(shù)整個(gè)豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)修正：實(shí)驗(yàn)表明，由于液膜表面波動(dòng)，凝結(jié)換熱得到強(qiáng)化，因此，實(shí)驗(yàn)值比上述得理論值高20％左右修正后：定性溫度：注意：r按ts確定7-1凝結(jié)傳熱局部對(duì)流換熱系數(shù)整個(gè)豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)7-1凝結(jié)傳熱對(duì)于傾斜壁，則用gsin代替以上各式中的g即可。水平圓管式中：do為水平管或球的直徑，定性溫度與前面的公式相同。球表面水平管束7-1凝結(jié)傳熱對(duì)于傾斜壁，則用gsin代替以上各式7-1凝結(jié)傳熱三膜層中凝結(jié)液的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)波動(dòng)層流有波動(dòng)層流湍流凝結(jié)液體流動(dòng)分層流和湍流，其判斷依據(jù)仍然是Re。7-1凝結(jié)傳熱三膜層中凝結(jié)液的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)波動(dòng)層流有7-1凝結(jié)傳熱實(shí)驗(yàn)證明：

（1）膜層雷諾數(shù)Re=1600時(shí)，液膜由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳎?/p>

（2）橫管均在層流范圍內(nèi)，因?yàn)楣軓捷^小。對(duì)水平管，用代替上式中的H即可。并且橫管一般都處于層流狀態(tài)。7-1凝結(jié)傳熱實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)水平管，用代替四影響膜狀凝結(jié)的因素工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過(guò)程往往比較復(fù)雜，受各種因素的影響。1.不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體增加了傳遞過(guò)程的阻力，同時(shí)使飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力?t；2.蒸氣流速流速較高時(shí)，蒸氣流對(duì)液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。如果蒸氣流動(dòng)與液膜向下的流動(dòng)同向時(shí)，使液膜拉薄，h增大；反之使h減小。7-1凝結(jié)傳熱四影響膜狀凝結(jié)的因素工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過(guò)程7-1凝結(jié)傳熱3.過(guò)熱蒸氣要考慮過(guò)熱蒸氣與飽和液的焓差。4.液膜過(guò)冷度及溫度分布的非線性如果考慮過(guò)冷度及溫度分布的實(shí)際情況，要用下式代替計(jì)算公式中的r，5.管子排數(shù)管束的幾何布置、流體物性都會(huì)影響凝結(jié)換熱。6.凝結(jié)表面的幾何形狀

7-1凝結(jié)傳熱3.過(guò)熱蒸氣7-1凝結(jié)傳熱7.管內(nèi)冷凝此時(shí)換熱與蒸氣的流速關(guān)系很大。

蒸氣流速低時(shí)，凝結(jié)液主要在管子底部，蒸氣則位于管子上半部；流速較高時(shí)，形成環(huán)狀流動(dòng)，凝結(jié)液均勻分布在管子四周，中心為蒸氣核。7-1凝結(jié)傳熱7.管內(nèi)冷凝7-1凝結(jié)傳熱五凝結(jié)傳熱的強(qiáng)化（1）減薄液膜的厚度基于表面張力減薄液膜厚度（低肋管、鋸齒管、微肋管）；增加順液膜流動(dòng)方向的蒸汽流速；水平放置單管或管束。（2）加速液膜的排出分段排泄管、溝槽管、離心力、靜電引力等。（3）減少不凝結(jié)氣體

抽吸、引射等，或者增加蒸氣的流速。（4）凝結(jié)表面實(shí)現(xiàn)珠狀凝結(jié)7-1凝結(jié)傳熱五凝結(jié)傳熱的強(qiáng)化傳熱學(xué)-7-凝結(jié)和沸騰傳熱課件7-2沸騰傳熱沸騰：液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡的汽化過(guò)程。沸騰的特點(diǎn)：1）液體汽化吸收大量的汽化潛熱；2）由于汽泡形成和脫離時(shí)帶走熱量，使加熱表面不斷受到冷流體的沖刷和強(qiáng)烈的擾動(dòng)，所以沸騰換熱強(qiáng)度遠(yuǎn)大于無(wú)相變的換熱。沸騰換熱分類(lèi)：

1）大容器沸騰（池內(nèi)沸騰）；2）強(qiáng)制對(duì)流沸騰（管內(nèi)沸騰）。上述每種又分為過(guò)冷沸騰和飽和沸騰。7-2沸騰傳熱沸騰：液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡的汽化過(guò)程飽和沸騰：液體主體溫度達(dá)到飽和溫度，壁面溫度高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰。特點(diǎn)：隨著壁面過(guò)熱度的增高，出現(xiàn)4個(gè)換熱規(guī)律全然不同的區(qū)域。過(guò)冷沸騰：液體主體溫度低于相應(yīng)壓力下飽和溫度，壁面溫度大于該飽和溫度所發(fā)生的沸騰換熱。7-2沸騰傳熱飽和沸騰：液體主體溫度達(dá)到飽和溫度，壁面溫度高于飽和溫度所7-2沸騰傳熱產(chǎn)生沸騰的條件：

理論分析與實(shí)驗(yàn)證明，產(chǎn)生沸騰的條件：1）液體必須過(guò)熱；2）要有汽化核心。一汽泡動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介1汽泡的成長(zhǎng)過(guò)程實(shí)驗(yàn)表明，通常情況下，沸騰時(shí)汽泡只發(fā)生在加熱面的某些點(diǎn)，而不是整個(gè)加熱面上，這些產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)被稱(chēng)為汽化核心，較普遍的看法認(rèn)為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留氣體，是最好的汽化核心。7-2沸騰傳熱產(chǎn)生沸騰的條件：一汽泡動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介7-2沸騰傳熱2汽泡的存在條件汽泡半徑R必須滿(mǎn)足下列條件才能存活(克拉貝龍方程)可見(jiàn)，(tw–ts

),Rmin同一加熱面上，汽化核心的凹穴數(shù)量增加汽化核心數(shù)增加換熱增強(qiáng)7-2沸騰傳熱2汽泡的存在條件可見(jiàn)，(tw7-2沸騰傳熱二大容器沸騰1飽和沸騰曲線大容器沸騰：指加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰。特點(diǎn)：產(chǎn)生的氣泡能自由浮升，穿過(guò)液體自由面進(jìn)入容器空間。大容器飽和沸騰曲線：表征了大容器飽和沸騰的全部過(guò)程，共包括4個(gè)換熱規(guī)律不同的階段：自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。7-2沸騰傳熱二大容器沸騰大容器沸騰：指加熱壁面沉浸7-2沸騰傳熱7-2沸騰傳熱7-2沸騰傳熱1）自然對(duì)流

當(dāng)沸騰溫差

比較小時(shí)（一般<5℃），加熱面上只有少量汽泡產(chǎn)生，并且不脫離壁面，看不到明顯的沸騰現(xiàn)象，熱量傳遞主要靠液體的自然對(duì)流傳遞，因此可近似地按自然對(duì)流換熱計(jì)算。7-2沸騰傳熱1）自然對(duì)流7-2沸騰傳熱2）核態(tài)沸騰加熱面上產(chǎn)生的汽泡迅速增多，在浮升力的作用下脫離加熱面，進(jìn)入液體。此時(shí)液體具有一定的過(guò)熱度。由于加熱面處液體的大量汽化以及液體被汽泡劇烈地?cái)_動(dòng)，換熱非常強(qiáng)烈，熱流密度q隨⊿t

迅速增加，直至出現(xiàn)峰值qmax，這一階段為核態(tài)沸騰（或泡態(tài)沸騰）。

其汽泡的生成、長(zhǎng)大及運(yùn)動(dòng)對(duì)換熱起決定作用。核態(tài)沸騰的溫差?。?℃<t<50℃）、換熱強(qiáng)，在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用。7-2沸騰傳熱2）核態(tài)沸騰7-2沸騰傳熱3）臨界點(diǎn)的沸騰當(dāng)壁面過(guò)熱度達(dá)到某一程度時(shí)，出現(xiàn)氣泡來(lái)不及脫離加熱面而連成不穩(wěn)定的氣膜，即從核態(tài)沸騰開(kāi)始向膜態(tài)沸騰過(guò)渡。這時(shí)出現(xiàn)了臨界點(diǎn)，其熱流密度稱(chēng)為臨界熱負(fù)荷qc，也就是圖中的qmax。7-2沸騰傳熱3）臨界點(diǎn)的沸騰7-2沸騰傳熱4）過(guò)渡沸騰從臨界點(diǎn)繼續(xù)提高沸騰溫差

⊿t（>50℃）

，則熱流密度

q不僅沒(méi)有增加，反而迅速降低至一極小值qmin

。這是由于產(chǎn)生的汽泡過(guò)多且連在一起形成了汽膜，覆蓋在加熱面上不易脫離，使換熱條件惡化所致。這時(shí)的汽膜不斷破裂成大汽泡脫離壁面，其換熱狀態(tài)是不穩(wěn)定的，這一階段為過(guò)渡沸騰。7-2沸騰傳熱4）過(guò)渡沸騰7-2沸騰傳熱5）穩(wěn)定膜態(tài)沸騰隨著溫差

⊿t的繼續(xù)提高，加熱面上開(kāi)始形成一層穩(wěn)定的汽膜，此時(shí)的汽化在汽液界面上進(jìn)行，熱量除了以導(dǎo)熱和對(duì)流的方式從加熱面通過(guò)汽膜傳到汽液界面外，熱輻射傳熱方式的作用也隨著

溫差的增加而加大，因此熱流密度q也隨之增大。此后的沸騰換熱狀態(tài)稱(chēng)為膜態(tài)沸騰。7-2沸騰傳熱5）穩(wěn)定膜態(tài)沸騰7-2沸騰傳熱工業(yè)應(yīng)用中要求保持在核態(tài)沸騰區(qū)，而不能進(jìn)入過(guò)渡沸騰區(qū)。過(guò)渡沸騰區(qū)壁溫增加，熱流密度卻下降，設(shè)備易燒毀。qmax

臨界熱流密度（燒毀點(diǎn)）設(shè)置監(jiān)控溫度點(diǎn)DNB（核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點(diǎn)）沸騰換熱：換熱溫差?t越大≠熱流密度大沸騰換熱的兩種加熱方式：（a）控制壁溫（b）控制熱流（大于qmax時(shí)，工況沿虛線直接跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，?t猛增到1000℃，需要避免）7-2沸騰傳熱工業(yè)應(yīng)用中要求保持在核態(tài)沸7-2沸騰傳熱三沸騰換熱計(jì)算1大容器飽和核態(tài)沸騰影響核態(tài)沸騰的因素主要是過(guò)熱度和汽化核心數(shù)，而汽化核心數(shù)受表面材料、表面狀況、壓力等因素的支配，所以沸騰換熱的情況液比較復(fù)雜，導(dǎo)致了有關(guān)計(jì)算公式的分歧較大。7-2沸騰傳熱三沸騰換熱計(jì)算1大容器飽和核態(tài)沸騰常用的關(guān)于核態(tài)沸騰換熱的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式有兩個(gè)：（1）對(duì)于水的大容器飽和核態(tài)沸騰，推薦采用米海耶夫公式，適用壓力范圍：105～4106Pa7-2沸騰傳熱常用的關(guān)于核態(tài)沸騰換熱的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式有兩個(gè)：7-2沸騰傳7-2沸騰傳熱（2）羅森諾公式——廣泛適用的強(qiáng)制對(duì)流換熱公式考慮到沸騰換熱屬于強(qiáng)制對(duì)流換熱，其換熱規(guī)律可整理成Nub=f(Reb,Pr)形式。羅森諾通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出了如下實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：7-2沸騰傳熱（2）羅森諾公式——廣泛適用的強(qiáng)制對(duì)流換熱7-2沸騰傳熱四影響沸騰換熱的因素沸騰換熱是所有換熱現(xiàn)象中最復(fù)雜的、影響因素最多的換熱過(guò)程。這里只針對(duì)大容器沸騰換熱現(xiàn)象討論影響沸騰換熱的因素。1不凝結(jié)氣體與膜狀凝結(jié)換熱不同，液體中的不凝結(jié)氣體存在會(huì)使沸騰換熱得到某種程度的強(qiáng)化；2過(guò)冷度只影響過(guò)冷沸騰，不影響飽和沸騰，因自然對(duì)流換熱時(shí)有，因此，過(guò)冷會(huì)強(qiáng)化換熱。7-2沸騰傳熱四影響沸騰換熱的因素沸騰換熱是所有換熱7-2沸騰傳熱3液位高度液位足夠高時(shí)，沸騰換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與液位高度無(wú)關(guān)。但當(dāng)液位降低到一定值時(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會(huì)明顯地隨液位的降低而升高(臨界液位)。4重力加速度研究表明：從0.1~1009.8m/s2的范圍內(nèi)，g對(duì)核態(tài)沸騰換熱規(guī)律沒(méi)有影響，但對(duì)液體自然對(duì)流換熱有顯著影響。介質(zhì)為一個(gè)大氣壓下的水7-2沸騰傳熱3液位高度4重力加速度介質(zhì)為一個(gè)5沸騰表面的結(jié)構(gòu)沸騰表面上的微小凹坑最容易產(chǎn)生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，換熱就會(huì)得到強(qiáng)化。近幾十年來(lái)的強(qiáng)化沸騰換熱的研究思路主要是增加表面凹坑。目前有兩種常用的手段：(1)用燒結(jié)、釬焊、火焰噴涂、電離沉積等物理與化學(xué)手段在換熱表面上形成多孔結(jié)構(gòu)。(2)采用機(jī)械加工方法造成多孔結(jié)構(gòu)。7-2沸騰傳熱5沸騰表面的結(jié)構(gòu)7-2沸騰傳熱7-2沸騰傳熱7-2沸騰傳熱小結(jié)珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)的物理過(guò)程；2凝結(jié)傳熱的影響因素；3大容器沸騰曲線；4凝結(jié)傳熱和沸騰傳熱的強(qiáng)化措施。小結(jié)珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)的物理過(guò)程；思考題P1857-37-5思考題P1857-37-5第七章凝結(jié)和沸騰傳熱1、重點(diǎn)內(nèi)容：

①凝結(jié)與沸騰換熱機(jī)理及其特點(diǎn)；②膜狀凝結(jié)換熱分析解及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式；③大容器飽和核態(tài)沸騰及臨界熱流密度。2、掌握內(nèi)容：掌握影響凝結(jié)與沸騰換熱的因素。3、了解內(nèi)容：相變傳熱的強(qiáng)化措施。第七章凝結(jié)和沸騰傳熱1、重點(diǎn)內(nèi)容：第七章凝結(jié)和沸騰傳熱相變換熱的特點(diǎn)：由于有潛熱釋放和相變過(guò)程的復(fù)雜性，比單相對(duì)流換熱更復(fù)雜，因此，目前，工程上也只能助于經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。相變對(duì)流傳熱凝結(jié)傳熱（氣相變液相）沸騰傳熱（液相變氣相）凝結(jié)傳熱：夏天出空調(diào)房間后的眼鏡表面膜狀凝結(jié)沸騰傳熱：燒開(kāi)水相變對(duì)流傳熱的重點(diǎn)在于確定表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，然后由牛頓冷卻公式計(jì)算熱流量第七章凝結(jié)和沸騰傳熱相變換熱的特點(diǎn)：由于有潛熱釋放和相變7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)傳熱：蒸汽與低于其飽和溫度的壁面接觸時(shí)，將汽化潛熱釋放給壁面的過(guò)程。凝結(jié)傳熱產(chǎn)生的必要條件：gg膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)傳熱：蒸汽與低于其飽和溫度的壁面接觸時(shí)7-1凝結(jié)傳熱珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)的表面換熱系數(shù)>>膜狀凝結(jié)，但是一般無(wú)法長(zhǎng)久保持。

2.55×1055000～250007-1凝結(jié)傳熱珠狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)的表面換熱系數(shù)>>膜狀7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)換熱的關(guān)鍵點(diǎn)（1）凝結(jié)可以膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)的形式發(fā)生；（2）冷凝物相當(dāng)于增加了熱量進(jìn)一步傳遞的熱阻；（3）層流和湍流膜狀凝結(jié)換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式；（4）影響膜狀凝結(jié)換熱的因素；（5）會(huì)分析豎壁和橫管的換熱過(guò)程，及Nusselt膜狀凝結(jié)理論。凝結(jié)換熱實(shí)例：汽輪機(jī)中的凝汽器

寒冷冬天窗戶(hù)上的冰花許多其他的工業(yè)應(yīng)用過(guò)程7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)換熱的關(guān)鍵點(diǎn)凝結(jié)換熱實(shí)例：汽輪機(jī)中的凝7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)換熱中的重要參數(shù)（1）蒸汽的飽和溫度與壁面溫度之差（ts-tw）；（2）汽化潛熱r；（3）特征尺度；（4）其他標(biāo)準(zhǔn)的熱物理性質(zhì)，如動(dòng)力粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等7-1凝結(jié)傳熱凝結(jié)換熱中的重要參數(shù)7-1凝結(jié)傳熱一凝結(jié)過(guò)程膜狀凝結(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)）gg7-1凝結(jié)傳熱一凝結(jié)過(guò)程膜狀凝結(jié)珠狀凝結(jié)gg7-1凝結(jié)傳熱接觸角小則液體潤(rùn)濕能力強(qiáng)，液體會(huì)鋪展在壁面上。7-1凝結(jié)傳熱接觸角小則液體潤(rùn)濕能力強(qiáng)，液體會(huì)鋪展在壁面7-1凝結(jié)傳熱膜狀凝結(jié)是工程設(shè)計(jì)的依據(jù)幾乎所有的常用蒸氣，在純凈的條件下均能在常用工程材料的潔凈表面上得到膜狀凝結(jié)在大多數(shù)工業(yè)冷凝器中，特別是動(dòng)力冷凝器上，實(shí)際上都得到膜狀凝結(jié)從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，為了保證凝結(jié)效果，只能用膜狀凝結(jié)的計(jì)算式作為設(shè)計(jì)的依據(jù)7-1凝結(jié)傳熱膜狀凝結(jié)是工程設(shè)計(jì)的依據(jù)幾乎所有的常用蒸氣7-1凝結(jié)傳熱二膜狀凝結(jié)傳熱努塞爾純凈飽和蒸汽層流膜狀凝結(jié)理論分析解：液體膜層的熱阻為主要因素?；炯僭O(shè)：二維、穩(wěn)態(tài)、常物性、層流；蒸汽靜止，汽液界面無(wú)對(duì)液膜的粘滯力；忽略慣性力，液膜的運(yùn)動(dòng)僅取決于重力和粘滯力；4.壁溫tw＝const，汽液界面無(wú)溫差tδ＝ts5.

液膜內(nèi)部無(wú)對(duì)流而只有導(dǎo)熱，溫度分布為線性；6.忽略液膜的過(guò)冷度，即認(rèn)為液膜僅存在潛熱；7.蒸汽密度<<液體密度；8.液膜表面平整無(wú)波動(dòng)。7-1凝結(jié)傳熱二膜狀凝結(jié)傳熱努塞爾純凈飽和蒸汽層流膜狀7-1凝結(jié)傳熱局部對(duì)流換熱系數(shù)整個(gè)豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)修正：實(shí)驗(yàn)表明，由于液膜表面波動(dòng)，凝結(jié)換熱得到強(qiáng)化，因此，實(shí)驗(yàn)值比上述得理論值高20％左右修正后：定性溫度：注意：r按ts確定7-1凝結(jié)傳熱局部對(duì)流換熱系數(shù)整個(gè)豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)7-1凝結(jié)傳熱對(duì)于傾斜壁，則用gsin代替以上各式中的g即可。水平圓管式中：do為水平管或球的直徑，定性溫度與前面的公式相同。球表面水平管束7-1凝結(jié)傳熱對(duì)于傾斜壁，則用gsin代替以上各式7-1凝結(jié)傳熱三膜層中凝結(jié)液的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)波動(dòng)層流有波動(dòng)層流湍流凝結(jié)液體流動(dòng)分層流和湍流，其判斷依據(jù)仍然是Re。7-1凝結(jié)傳熱三膜層中凝結(jié)液的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)波動(dòng)層流有7-1凝結(jié)傳熱實(shí)驗(yàn)證明：

（1）膜層雷諾數(shù)Re=1600時(shí)，液膜由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳎?/p>

（2）橫管均在層流范圍內(nèi)，因?yàn)楣軓捷^小。對(duì)水平管，用代替上式中的H即可。并且橫管一般都處于層流狀態(tài)。7-1凝結(jié)傳熱實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)水平管，用代替四影響膜狀凝結(jié)的因素工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過(guò)程往往比較復(fù)雜，受各種因素的影響。1.不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體增加了傳遞過(guò)程的阻力，同時(shí)使飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的驅(qū)動(dòng)力?t；2.蒸氣流速流速較高時(shí)，蒸氣流對(duì)液膜表面產(chǎn)生模型的粘滯應(yīng)力。如果蒸氣流動(dòng)與液膜向下的流動(dòng)同向時(shí)，使液膜拉薄，h增大；反之使h減小。7-1凝結(jié)傳熱四影響膜狀凝結(jié)的因素工程實(shí)際中所發(fā)生的膜狀凝結(jié)過(guò)程7-1凝結(jié)傳熱3.過(guò)熱蒸氣要考慮過(guò)熱蒸氣與飽和液的焓差。4.液膜過(guò)冷度及溫度分布的非線性如果考慮過(guò)冷度及溫度分布的實(shí)際情況，要用下式代替計(jì)算公式中的r，5.管子排數(shù)管束的幾何布置、流體物性都會(huì)影響凝結(jié)換熱。6.凝結(jié)表面的幾何形狀

7-1凝結(jié)傳熱3.過(guò)熱蒸氣7-1凝結(jié)傳熱7.管內(nèi)冷凝此時(shí)換熱與蒸氣的流速關(guān)系很大。

蒸氣流速低時(shí)，凝結(jié)液主要在管子底部，蒸氣則位于管子上半部；流速較高時(shí)，形成環(huán)狀流動(dòng)，凝結(jié)液均勻分布在管子四周，中心為蒸氣核。7-1凝結(jié)傳熱7.管內(nèi)冷凝7-1凝結(jié)傳熱五凝結(jié)傳熱的強(qiáng)化（1）減薄液膜的厚度基于表面張力減薄液膜厚度（低肋管、鋸齒管、微肋管）；增加順液膜流動(dòng)方向的蒸汽流速；水平放置單管或管束。（2）加速液膜的排出分段排泄管、溝槽管、離心力、靜電引力等。（3）減少不凝結(jié)氣體

抽吸、引射等，或者增加蒸氣的流速。（4）凝結(jié)表面實(shí)現(xiàn)珠狀凝結(jié)7-1凝結(jié)傳熱五凝結(jié)傳熱的強(qiáng)化傳熱學(xué)-7-凝結(jié)和沸騰傳熱課件7-2沸騰傳熱沸騰：液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡的汽化過(guò)程。沸騰的特點(diǎn)：1）液體汽化吸收大量的汽化潛熱；2）由于汽泡形成和脫離時(shí)帶走熱量，使加熱表面不斷受到冷流體的沖刷和強(qiáng)烈的擾動(dòng)，所以沸騰換熱強(qiáng)度遠(yuǎn)大于無(wú)相變的換熱。沸騰換熱分類(lèi)：

1）大容器沸騰（池內(nèi)沸騰）；2）強(qiáng)制對(duì)流沸騰（管內(nèi)沸騰）。上述每種又分為過(guò)冷沸騰和飽和沸騰。7-2沸騰傳熱沸騰：液體吸熱后在其內(nèi)部產(chǎn)生汽泡的汽化過(guò)程飽和沸騰：液體主體溫度達(dá)到飽和溫度，壁面溫度高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰。特點(diǎn)：隨著壁面過(guò)熱度的增高，出現(xiàn)4個(gè)換熱規(guī)律全然不同的區(qū)域。過(guò)冷沸騰：液體主體溫度低于相應(yīng)壓力下飽和溫度，壁面溫度大于該飽和溫度所發(fā)生的沸騰換熱。7-2沸騰傳熱飽和沸騰：液體主體溫度達(dá)到飽和溫度，壁面溫度高于飽和溫度所7-2沸騰傳熱產(chǎn)生沸騰的條件：

理論分析與實(shí)驗(yàn)證明，產(chǎn)生沸騰的條件：1）液體必須過(guò)熱；2）要有汽化核心。一汽泡動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介1汽泡的成長(zhǎng)過(guò)程實(shí)驗(yàn)表明，通常情況下，沸騰時(shí)汽泡只發(fā)生在加熱面的某些點(diǎn)，而不是整個(gè)加熱面上，這些產(chǎn)生氣泡的點(diǎn)被稱(chēng)為汽化核心，較普遍的看法認(rèn)為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留氣體，是最好的汽化核心。7-2沸騰傳熱產(chǎn)生沸騰的條件：一汽泡動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介7-2沸騰傳熱2汽泡的存在條件汽泡半徑R必須滿(mǎn)足下列條件才能存活(克拉貝龍方程)可見(jiàn)，(tw–ts

),Rmin同一加熱面上，汽化核心的凹穴數(shù)量增加汽化核心數(shù)增加換熱增強(qiáng)7-2沸騰傳熱2汽泡的存在條件可見(jiàn)，(tw7-2沸騰傳熱二大容器沸騰1飽和沸騰曲線大容器沸騰：指加熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰。特點(diǎn)：產(chǎn)生的氣泡能自由浮升，穿過(guò)液體自由面進(jìn)入容器空間。大容器飽和沸騰曲線：表征了大容器飽和沸騰的全部過(guò)程，共包括4個(gè)換熱規(guī)律不同的階段：自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。7-2沸騰傳熱二大容器沸騰大容器沸騰：指加熱壁面沉浸7-2沸騰傳熱7-2沸騰傳熱7-2沸騰傳熱1）自然對(duì)流

當(dāng)沸騰溫差

比較小時(shí)（一般<5℃），加熱面上只有少量汽泡產(chǎn)生，并且不脫離壁面，看不到明顯的沸騰現(xiàn)象，熱量傳遞主要靠液體的自然對(duì)流傳遞，因此可近似地按自然對(duì)流換熱計(jì)算。7-2沸騰傳熱1）自然對(duì)流7-2沸騰傳熱2）核態(tài)沸騰加熱面上產(chǎn)生的汽泡迅速增多，在浮升力的作用下脫離加熱面，進(jìn)入液體。此時(shí)液體具有一定的過(guò)熱度。由于加熱面處液體的大量汽化以及液體被汽泡劇烈地?cái)_動(dòng)，換熱非常強(qiáng)烈，熱流密度q隨⊿t

迅速增加，直至出現(xiàn)峰值qmax，這一階段為核態(tài)沸騰（或泡態(tài)沸騰）。

其汽泡的生成、長(zhǎng)大及運(yùn)動(dòng)對(duì)換熱起決定作用。核態(tài)沸騰的溫差?。?℃<t<50℃）、換熱強(qiáng)，在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用。7-2沸騰傳熱2）核態(tài)沸騰7-2沸騰傳熱3）臨界點(diǎn)的沸騰當(dāng)壁面過(guò)熱度達(dá)到某一程度時(shí)，出現(xiàn)氣泡來(lái)不及脫離加熱面而連成不穩(wěn)定的氣膜，即從核態(tài)沸騰開(kāi)始向膜態(tài)沸騰過(guò)渡。這時(shí)出現(xiàn)了臨界點(diǎn)，其熱流密度稱(chēng)為臨界熱負(fù)荷qc，也就是圖中的qmax。7-2沸騰傳熱3）臨界點(diǎn)的沸騰7-2沸騰傳熱4）過(guò)渡沸騰從臨界點(diǎn)繼續(xù)提高沸騰溫差

⊿t（>50℃）

，則熱流密度

q不僅沒(méi)有增加，反而迅速降低至一極小值qmin

。這是由于產(chǎn)生的汽泡過(guò)多且連在一起形成了汽膜，覆蓋在加熱面上不易脫離，使換熱條件惡化所致。這時(shí)的汽膜不斷破裂成大汽泡脫離壁面，其換熱狀態(tài)是不穩(wěn)定的，這一階段為過(guò)渡沸騰。7-2沸騰傳熱4）過(guò)渡沸騰7-2沸騰傳熱5）穩(wěn)定膜態(tài)沸騰隨著溫差

⊿t的繼續(xù)提高，加熱面上開(kāi)始形成一層穩(wěn)定的汽膜，此時(shí)的汽化在汽液界面上進(jìn)行，熱量除了以導(dǎo)熱和對(duì)流的方式從加熱面通過(guò)汽膜傳到汽液界面外，熱輻射傳熱方式的作用也隨著

溫差的增加而加大，因此熱流密度q也隨之增大。此后的沸騰換熱狀態(tài)稱(chēng)為膜態(tài)沸騰。7-2沸騰傳熱5）穩(wěn)定膜態(tài)沸騰7-2沸騰傳熱工業(yè)應(yīng)用中要求保持在核態(tài)沸騰區(qū)，而不能進(jìn)入過(guò)渡沸騰區(qū)。過(guò)渡沸騰區(qū)壁溫增加，熱流密度卻下降，設(shè)備易燒毀。qmax

臨界熱流密度（燒毀點(diǎn)）設(shè)置監(jiān)控溫度點(diǎn)DNB（核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)折點(diǎn)）沸騰換熱：換熱溫差?t越大≠熱流密度大沸騰換熱的兩種加熱方式：（a）控制壁溫（b）控制熱流（大于qmax時(shí)，工況沿虛線直接跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，?t