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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,第六章 凝结与沸腾换热,*,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,第六章 凝结与沸腾换热,*,1,凝结换热的强化,程锟伦,1凝结换热的强化,2,-1,凝结换热,一,.,概述,1.,凝结,2.,凝结形式,膜状凝结,:,g,当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠,g,工质在饱和温度下由气态转化为液态的过程称为凝结,.,当凝结液能很好地润湿壁面时,凝结液将形成连续的膜向下流动,(2),珠状凝结,2-1 凝结换热一.概述1.凝结2.凝结形式膜状凝结:g当,3,(3),两种凝结形式的比较,膜状凝结,:,由于沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度及运动状态直接影响了热量传递,。,珠状凝结,:,由于凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结（可能大几倍，甚至一个数量级）,虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结，因此，教材中只简单介绍了膜状凝结,.,3(3)两种凝结形式的比较膜状凝结:由于沿整个壁面形成一层,4,1.,层流膜状凝结换热理论解,1,）常物性；,2,）蒸气静止；,3,）液膜的惯性力忽略；,4,）气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度；,5,）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热；,6,）液膜的过冷度忽略；,7,）忽略蒸汽密度；,8,）液膜表面平整无波动,二,.,膜状凝结换热,(1),假定,41.层流膜状凝结换热理论解1）常物性；二.膜状凝结换热(,5,边界层微分方程组：,下脚标,l,表示液相,g,t(y),u(y),Thermal boundary layers,Velocity boundary layers,微元控制体,x,(2),理论解的推导,5边界层微分方程组：下脚标 l 表示液相gt(y)u(y)T,6,考虑（,7,）忽略蒸汽密度,考虑（,5,）膜内温度线性分布，即热量转移只有导热,考虑（,3,）液膜的惯性力忽略,6考虑（7）忽略蒸汽密度考虑（5）膜内温度线性分布，即热,7,边界条件：,求解上面方程可得：,(1),液膜厚度,定性温度：,注意：,r,按,t,s,确定,7边界条件：求解上面方程可得：(1)液膜厚度定性温度：注意,8,(2),局部对流换热系数,整个竖壁的平均表面传热系数,(3),修正：,定性温度：,注意：,r,按,t,s,确定,竖壁,:,实验表明，由于液膜表面波动，凝结换热得到强化，因此，实验值比上述得理论值高,20,左右,8(2)局部对流换热系数整个竖壁的平均表面传热系数(3),9,用,gsin,代替以上各式中的,g,即可,水平圆管,:,努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结,式中：下标,“,H,”,表示水平管，,“,S,”,表示球,;d,为水,平管或球的直径。,定性温度与前面的公式相同,倾斜壁,:,横管与竖管的对流换热系数之比：,9用 gsin 代替以上各式中的 g 即可水平圆管:努塞尔,10,时，惯性力项和液膜过冷度的影响均可忽略。,另外，除了对波动的修正外，其他假设也有人做了相关的研究，如当 并且，,10时，惯性力项和液膜过冷度的影响均可忽略。另外，除了对波动,11,(1),凝结液膜雷诺数,Re,c,无波动层流,有波动层流,湍流,凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据仍然时,Re,c,，,式中：,u,m,壁的底部液膜断面平均流速；,d,e,液膜层的当量直径。,2.,层流膜状凝结换热准则关联式,11(1)凝结液膜雷诺数Rec无波动层流有波动层流湍流凝,12,由热平衡,所以,对水平管，用 代替上式中的 即可。,并且横管一般都处于层流状态,如图,12并且横管一般都处于层流状态如图,13,(2),凝结准则,Co,竖壁,:,(3),准则关联式,水平管,:,13(2)凝结准则Co竖壁:(3)准则关联式水平管:,14,三,.,湍流膜状凝结换热,液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为,1800,。横管因直径较小，实践上均在层流范围。对湍流液膜，除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递热量外，层流底层之外以湍流传递为主，换热大为增强,竖壁湍流液膜段的平均表面传热系数,:,14三.湍流膜状凝结换热 液膜从层流转变为湍流的临界,15,对,竖壁的湍流凝结换热,，其沿整个壁面的,平均表面传热系数,计算式为：,式中：,h,l,为层流段的传热系数；,h,t,为湍流段的传热系数；,x,c,为层流转变为湍流时转折点的高度,l,为竖壁的总高度,15对竖壁的湍流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数计算,16,四,.,影响膜状凝结的因素,要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。,不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时使饱和温度下降，减小了凝结的驱动力,1.,不凝结气体,2.,蒸气流速,3.,过热蒸气,流速较高时，蒸气流对液膜表面产生模型的粘滞应力。,如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液膜拉薄，,增大；反之使 减小。,16四.影响膜状凝结的因素不凝结气体增加了传递过程的阻力，,17,如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，要用下式代替计算公式中的,，,管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。,前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。,4.,液膜过冷度及温度分布的非线性,5.,管子排数,6.,管内冷凝,此时换热与蒸气的流速关系很大。蒸气流速低时，凝结液主要在管子底部，蒸气则位于管子上半部。流速较高时，形成环状流动，凝结液均匀分布在管子四周，中心为蒸气核。,17 如果考虑过冷度及温度分布的实际情况，要用下式代替,18,强化凝结换热的原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度。,可用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上,排泄掉。,7.,凝结表面的几何形状,187.凝结表面的几何形状,19,19,
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