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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.4.4,有相变化的对流传热,液体沸腾和蒸气冷凝,既是,热交换,过程也是,流体流动,过程，同时还有,相变,化工生产中，有相变的对流传热过程非常常见,(1),蒸汽冷凝机理,蒸气与低于其饱和温度的壁面接触，蒸汽冷凝，释放汽化热,冷凝方式：,滴状冷凝,凝液结为小液滴（附着力小于表面张力），,有裸露壁面，直接传递相变热。,膜状冷凝,凝液呈液膜状（附着力大于表面张力），,热量：蒸汽相液膜表面固体壁面。,比较两种冷凝方式的表面传热系数,h,滴状冷凝,h,膜状冷凝,，相差几倍到几十倍，,但,工业操作,上，多为膜状冷凝。,膜状冷凝,滴状冷凝,(2),膜状冷凝表面传热系数,膜状冷凝的真实过程,该过程包含：,冷凝、对流传热、热传导过程,非常复杂,处理方法：数学模型法,简化模型数学处理求解校正,汽、液相物性为常数，壁面温度恒定，膜表面温度,t,=,t,s,；,忽略饱和液体过冷所放出的显热。,努塞尔特膜状冷凝简化的物理模型,液膜很薄，,层流,流动，传热方式为,导热,，温度分布为线性；,蒸汽静止，汽,-,液界面无粘性应力 ；,y,x,努塞尔特膜状冷凝简化模型,建立数学模型求解,做受力分析、质量衡算、热量衡算，得：,倾斜壁面：,蒸气在斜壁上的冷凝,实验结果,：实测值高于理论值（约,20%,）,原因,：液膜的波动、假设的不确切性,（,b,）液膜湍流,水平管冷凝表面传热系数,（,a,）,水平单管外冷凝,（,b,）水平管束外冷凝,水平管束的排列通常有直排和错排两种,：,1,2,3,4,2,1,2,3,第一排管子：,冷凝情况与单根水平管相同。,其他各排管子：,冷凝情况必受到其上排管流下冷凝液的影响。,凝液量增加，液膜变厚，表面传热系数依次下降；,扰动加剧，表面传热系数依次增加。,水平管束的排列及其对冷凝液膜厚度的影响,管排数不同时，,采用平均管排数：,（,c,）水平管内冷凝,特点,：考虑蒸汽流速对,h,的影响,（,1,）,蒸汽流速不大时，凝液可顺利排出，,可采用管外冷凝公式计算。,（,2,）,当蒸汽速度较大时，可能形成两相流动，,应参考有关公式。,蒸汽,凝液,不凝气,(2),膜状冷凝表面传热系数,努塞尔特膜状冷凝简化的物理模型,（,a,）,水平单管外冷凝,(4),影响冷凝传热的因素,冷凝液膜两侧的温度差：,流体物性的影响：,不凝性气体的影响,：形成气膜，表面传热系数大幅度下降。,蒸气过热的影响,：过热蒸汽，若壁温高于饱和温度，传热过程与无相变对流传热相同；若壁温低于饱和温度，按饱和蒸汽冷凝处理。,蒸气流速的影响,：流速不大时，影响可忽略；,流速较大时，且与液膜同向，,h,增大；,流速较大时，且与液膜反向，,h,减小。,t,t,s,大容积沸腾,加热面被沉浸在无强制对流的液体中,（,5,）液体沸腾传热,管内沸腾,流体以一定流速流经加热管时，,1),大容积饱和沸腾传热机理,a,b,c,d,气泡的生成过程,气泡的力平衡,p,l,p,v,r,假设气泡是球形,p,l,p,v,r,气泡的产生和生长都需要从液体中获得热量,液体温度高于其饱和温度,r,越小，,t,1,越大,气泡不可能自动产生,必须有汽化核心,汽泡产生的条件,液体必须过热,汽化核心,：粗糙表面细小缝隙中残存空气,气泡能附着在其周围生长,。,CD,：汽化核心数，部分气泡在脱离之前连接形成不稳定气膜，壁面与液体隔开,DE,：稳定气膜,EF,：辐射传热影响加大,3),影响的因素,加热壁面的影响：,粗糙壁面,h,，光滑的壁面,h,；,被油脂污染的壁面,h,，清洁表面,h,；,水平管束沸腾传热，上排管被上升气泡覆盖,h,。,压力：越大，h越大,4),沸腾传热膜系数,参看有关手册,4.5,辐射传热,4.5.1,辐射传热基本概念,(1,),热辐射,绝对温度大于,0,的物体，都不停地以电磁波的形式向外辐射能量。,同时不断吸收来自外界的辐射能。,*,以电磁波形式传播，不需要任何介质进行传递。,*两次能量形式转化,:,内能,1,电磁波能内能,2,。,(,2,),特点,发射辐射能,吸收辐射能,热辐射主要是可见光、红外线,吸收辐射能,这种热量传递方式称谓热辐射,具有反射、折射和吸收的特性；,服从光的反射、折射定律；,能在均一介质中作直线传播。,(3),辐射传热的特性,辐射能的吸收、反射和透射,D,A,R,吸收率 反射率 透射率,辐射能的吸收、反射和透射,D,A,R,吸收率 反射率 透射率,黑体,：能全部吸收辐射能的物体,A,=1,；,镜体,：能全部反射辐射能的物体,R,=1,；,透热体,：能全部透过辐射能的物体,D,=1,；,灰体,：能以相同的吸收率,A,，吸收全部波长辐射能的物体。,工业上，多数物体都可近似视为灰体,(,A,相差不大,),。,4.5.2,发射能力和辐射基本定律,(1),发射能力,E,(,辐射能力,)W/m,2,一定温度下，单位时间，单位面积上，物体所能发射出的全部波长的总能量。,一定温度下，单位时间，单位面积上，物体发射的某一波长的总能量。,单色发射能力,E,：,W/m,2,黑体的发射能力,E,0,：,25000,0,2,4,6,10,8,5000,15000,35000,20000,10000,30000,1400,1200,1000,800,600,/m,1.15510,6,E,0,/Wm,-2,普朗克定律图示,d,(2),辐射基本定律,普朗克定律,斯忒藩,-,波耳茨曼定律（,Stefan-Boltzmann),表明黑体的发射能力与温度的关系。,灰体的发射能力,C,：灰体的发射系数,C5m/s,h,T,=7.8,u,0.78,(3),绝热层的临界半径,设稳态传热，管道外表面与环境间热损失为：,h,t,i,t,1,R,1,t,R,2,t,r,i,r,o,绝热层的分析示意图,增加辐射面积，增加辐射能，热损失增加,保温层外壁温度降低，不利于联合传热，热损失减少,增加保温层厚度,热损失与绝热层外半径的关系,增加绝热层厚度，热损失一定减小。,增加绝热层厚度，热损失可能增加，,保温层的选择：,对需保温的管子，,r,i,一定。如果要满足保温条件，,应从,、,h,T,两方面考虑，选择合适的保温层材质。,r,1,r,2,r,3,圆管外的保温,要使保温层的外径大于临界半径,
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