《传热学》第七章 凝结与沸腾换热

第七章 凝结与沸腾换热（Condensation and Boiling Heat Transfer ）本章重点：① 凝结与沸腾换热机理及其特点；② 大空间饱和核态沸腾及临界热流密度。

第一节 凝结换热现象（condensation heat transfer phenomena ）1-1 基本概念1．凝结换热现象蒸汽与低于饱和温度 (saturated temperature) 的壁面接触时，蒸气会在壁面上凝结成液体并向壁面放出凝结潜热，这种现象称为凝结换热现象。

有两种凝结形式。

2．凝结换热的分类根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种 ：（1）膜状凝结（film-wise condensation ）① 定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式。

② 特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷却壁面上， 此时液膜成为主要的换热热阻。

（2）珠状凝结（drop-wise condensation ）① 定义：凝结液体不能很好地湿润壁面，凝结液体在壁面上形成小液珠的凝结形式。

② 特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。

问：在其它条件相同时，珠状凝结和膜状凝结，哪个换热系数高？为什么？答：实验证明，同种蒸气珠状凝结时的表面传热系数比膜状凝结的高一个数量级。

例如，大气压下水蒸气珠状凝结时的表面传热系数约为)/(10~104254K m W ⋅⨯，膜状凝结约为)/(10~106243K m W ⋅⨯。

珠状凝凝结中，蒸汽与壁面直接接触，而膜状凝结时，蒸汽要通过凝结液膜与壁面传热，所以珠状凝结比膜状凝结的换热系数高。

如图，θ小则液体湿润能力强，就会铺展开来。

一般情况下，工业冷凝器，形成膜状凝结，珠状凝结的形成比较困难且不持久。

3、凝结产生的条件：固体壁面温度w t 必须低于蒸气的饱和温度s t ，即 s w t t <。

1-2 膜状凝结一、层流膜状凝结分析解 努谢尔抓住液体膜层的导热热阻是凝结过程的主要热阻，忽略次要因素，从理论上揭示了有关物理参数对凝结换热的影响。

传热学精讲第七章第七章凝结与沸腾换热气态工质在饱和温度下，由气态转变为液态的过程称为凝结或冷凝；而液态工质在饱和温度下以产生气泡的形式转变为气态的过程称为沸腾。

第一节凝结换热一、概述二、膜状凝结换热1.层流膜状凝结理论解图7-1 膜状凝结换热膜内温度及速度场(1) 纯蒸气层流液膜，物性为常量(2)液膜表面温度δt等于st（饱和温度）(3)蒸气是静止的(4)液膜很薄且流动速度缓慢(5)凝结热以导热方式通过液膜(6)忽略液膜的过冷度⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+∂∂22yudxdpgyuvxuuμρρ (1)dxdp=vρg()022=-+g dy ud v ρρμ (2)y = 0, u = 0； y = δ,0=dyduρ》v ρ⎪⎭⎫⎝⎛-=221y y g u δμρ (3)022=dytd(4)y = 0； t = w ty = δ； t = s t t = w t + ( s t - w t )δy(5) ⎰==δμδρρ0323g dy u M kg / s (6)dx dxd d dM dx dx dM δδ= δδd d dM=dM =δμδρd g 22 (7)⎪⎭⎫ ⎝⎛+'+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛='+''dx dx dM M H dx dy dt H M dM H wλ r ＝ H H '-''rδμδρd g 22 = dx t t ws )(δλ-rg dxt t d w s 23)(ρμλδδ-=(8)()4/124⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=rgtt xwsρλμδ (9)xhλ=-dxttws)(δ)(wstt-dxxhλδ=xh =4/132)(4⎥⎦⎤⎢⎣⎡-wsttxrgμλρ(7-1a)943.0431====⎰l xlxhdxhlh4/132)(⎥⎦⎤⎢⎣⎡-wstt lrgμλρW /(2m·K) (7-1b)h = 0.7254/132)(⎥⎦⎤⎢⎣⎡-wsttdrgμλρW /(2m·K) (7-2a) 2. 层流膜状凝结换热准则关联式图7一2 液膜的流动图7-3 垂直壁膜状凝结理论解与实验关联式的比较图7－4 层流液膜表面波动凝结液膜雷诺数c Re c Re =μρνm e me u d u d =（10）润湿周边U = L ，液膜断面积f = L ·δ，e d =Uf4=4δ。

1Chapter 7 Condensation and BoilingHeat Transfer(凝结与沸腾换热)本章主要内容1 Condensation Heat Transfer 凝结换热2 Boiling Heat Transfer 沸腾换热3 Heat Pipe 热管学习本章的基本要求了解凝结换热的Nusselt理论解、相似准则意义，理解主要影响因素及掌握凝结换热关联式的应用。

理解沸腾换热机理、沸腾曲线。

了解主要影响因素及沸腾换热的计算方法，了解热管工作原理及其主要特点。

2§1Condensation Heat Transfer工质在饱和温度下由气态转变为液态的过程称为凝结或冷凝(condensation)，而在饱和温度下，由液态转变为气态的过程称为沸腾(boiling)。

1-1 Introduction1、The process of condensationIf the temperature of the wall is bellow the saturation temperature of the vapor, condensate will form on the surface. (壁温低于蒸汽饱和温度时)（1）Film condensation 膜状凝结If the liquid wets the surface, a smooth film is formed, and the process is called film condensation 膜状凝结。

这是最常见的凝结形式。

例如，水蒸气在洁净无油的表面上凝结。

膜状凝结时，壁面总是被一层液膜覆盖着，凝结放出的相变热（潜热）要穿过液膜才能传到冷却壁面上去，且蒸气凝结只能在膜的表面进行，潜热以导热和对流方式通过液膜传到壁。

液膜层是换热的主要热阻，故液膜的厚薄及其运动状态（层流或紊流）对换热的影响很大。

这些又取决于壁的高度（液膜流程长度）以及蒸气与壁的温差。