1、1/76 传热学 Heat Transfer Phase Change Heat Transfer Gas-liquid 第七章 相变对流传热 2/76 传热学 Heat Transfer 工程应用背景 锅炉炉膛中的水冷壁 热电厂冷凝器 空调、冰箱中的冷凝器和蒸发器 蒸汽发生器 相变传热的特点 有潜热释放 影响因素太多 热点 难点 3/76 传热学 Heat Transfer 主要内容 凝结传热 沸腾传热 凝结传热的模式 层流膜状凝结分析解 沸腾传热的模式 大容器饱和沸腾 实验关联式 影响因素及强化 热管 影响因素及强化 4/76 传热学 Heat Transfer 7-13 凝结传热 Con
2、densation heat transfer 5/76 传热学 Heat Transfer 7-1 凝结传热的模式 一、凝结的定义 二、两种存在形态 蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成液体的过程。 浸润性液体；非浸润性液体。 6/76 传热学 Heat Transfer 1、膜状凝结 (film condensation) 沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动。 2、珠状凝结 (dropwise condensation) 当凝结液体不能很好地浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠。 g sw tt g sw tt 三、凝结传热的两种模式 7/76 传热学 Heat Transfe
3、r 8/76 传热学 Heat Transfer 9/76 传热学 Heat Transfer （ 4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结 3、说明 （ 1） h珠 h膜 （ 2）珠状凝结很难保持，工程中遇到的凝 结传热大多属于膜状凝结 （ 3）主要热阻 10/76 传热学 Heat Transfer 3、电子元器件冷却 1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 四、膜状凝结传热的应用 11/76 传热学 Heat Transfer 12/76 传热学 Heat Transfer 7-2 层流膜状凝结传热 凝结传热是一个非常复杂的现象 蒸汽流速 蒸汽过热度 不凝结气体 几何因素 Nusselt于
4、1916年成功地用理论分析法求解了层流膜状凝结问题 热物性 工质与固体壁面 液膜过冷度 物理问题： 饱和蒸汽在冷壁面凝结，形成液膜，蒸汽凝结将热量传给冷壁面，求传热系数。 13/76 传热学 Heat Transfer 1、对实际问题的简化 一、 Nusselt的分析解 （ 1）常物性 （ 2）饱和蒸汽总体静止 忽略相界面粘性力 （ 3）液膜流动缓慢 （ 4）汽液界面上无温差 （ 5）膜内温度线性分布 （ 6）液膜的过冷度忽略 （ 7）忽略蒸汽密度 （ 8）液膜表面光滑平整无波动 14/76 传热学 Heat Transfer 边界层微分方程组： 2222)(0ytaytvxtuyugdxdp
5、yuvxuuyvxullll15/76 传热学 Heat Transfer 考虑（ 3）液膜的惯性力忽略 0)( yuvxuul考虑（ 5） 膜内温度线性分布，即热量传递方式只有导热 考虑（ 7）忽略蒸汽密度 0dxdp0 ytvxtu？ 16/76 传热学 Heat Transfer 2222)(0ytaytvxtuyugdxdpyuvxuuyvxullll002222dytdadyudglll 边界条件： swttyuyttuy,0dd0, 0 时，时，17/76 传热学 Heat Transfer 2、求解结果 （ 1） 速度、温度分布 yttttyygusllww221？ 18/76
6、传热学 Heat Transfer （ 2） 液膜厚度 质量守恒 能量守恒 lllmgdyuq31320 dgdqllm221wr sml ttd q d x 1 /44 l l s w2l( t t ) xgr 19/76 传热学 Heat Transfer （ 3） 局部对流传热系数 1 /4423llxl s wgrh( t t ) x ww 11 ttdxttdxh slsx lxh 20/76 传热学 Heat Transfer （ 4）整个竖壁的平均表面传热系数 定性温度： 2wsm ttt 注意： r 按 ts 确定 0143lx x lh h d x hl 123 40 . 9
7、 4 3wlllsgrl t t 21/76 传热学 Heat Transfer 3、几点说明 努塞尔的理论分析可推广到水平圆管外的层流膜状凝结 1 /40 . 7 2 923llHl s wgrhd ( t t ) （ 1） 倾斜平板 （ 2） 水平圆管外 22/76 传热学 Heat Transfer （ 3）假设 8似乎没用到？ （ 4）定性温度 2wsmttt 注意： r 按 ts 确定 23/76 传热学 Heat Transfer 1、比较 二、垂直管与水平管的比较和实验验证 水平管与垂直管的对流换热系数之比： 414177.0943.0729.0dldlhhVH0.250VH h
8、hdl24/76 传热学 Heat Transfer 2、实验验证 （ 1）水平单管 （ 2）竖表面 41w3213.1 ttlgrhslll25/76 传热学 Heat Transfer 1、液膜的流态 20Re 1600Re c无波动层流 有波动层流 湍流 um 为 x = l 处液膜 的平均流速； de 为该截面处液膜 层的当量直径。 三、湍流膜状凝结 leml duRe26/76 传热学 Heat Transfer 4ecd A / P由热量守恒： lmlml qu 44Re ltthq smm wr rttlhlwsm 4Re44b / b27/76 传热学 Heat Transfe
9、r 2、层流向湍流的转捩 20Re 1600Re c无波动层流 有波动层流 湍流 1600Re c（ 1） （ 2）表面传热系数的计算 ccltxxh h h 1ll （ 3）水平管一般为层流 式（ 7 12） 注意关联式的定性温度 28/76 传热学 Heat Transfer 1、思路 层流 核算 Re 四、例题 Re1600 结果 Re1600 层流 +湍流 xc 2、要用的公式 1 / 423llHl s wgrh 0 .7 2 9d ( t t ) 水平管外 竖直表面 41w3213.1 ttlgrhslll29/76 传热学 Heat Transfer 3、例 7-1 压力为 1.013 105Pa 的水蒸气在方形竖壁上凝结。壁的尺寸为 30cm 30cm，壁温保持 98 。计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。 30/76 传热学 Heat Transfer 竖直表面 41w3213.1 ttlgrhslll（ 1）水蒸气 ts=100C r （ 2）定性温度 液膜物性 （ 3）选用层流公式 （ 4）核算 Re （ 5）换热量 （ 6）蒸汽凝结量
