第七章凝结及沸腾换热_传热学
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名词解释这些名词解释都是学长自己从传热学课本中总结的,课本上有的基本上都在这里。
绪论:1.传热学:传热学是研究温差作用下热量传递过程和传递速率的科学。
2.热传递:自然界和生产过程中,在温差的作用下,热量自发地由高温物体传递到低温物体的物理现象。
3.导热(热传导):是指物体各部分五项队位移或不同物体直接接触时依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。
(固液气中均可发生,但是在引力场的作用下,单纯的导热一般只发生在密实的固体中)4.热流密度q:单位时间内,通过物体单位横截面积上的热量——W/㎡。
5.热导率(导热系数):单位厚度的物体具有单位温度差时,在它单位面积上每单位时间的导热量——W/(m*K)。
6.导热热阻:温度差的情形下,导热过程中,物体抵抗传热的能力——K/W。
7.对流(热对流):在流体内部,仅依靠流体的宏观运动传递热量的现象称为热对流。
8.对流传热:工程上,流体在与它温度不同的壁面上流动时,两者间产生的热量交换,传热学中将这一过程称为“对流传热”过程。
9.表明面传热系数h:单位面积上,流体与壁面之间在单位温差下及单位时间内所能传递的热量——W/(㎡*K)。
10.对流传热热阻:温度差的情形下,对流过程中,物体抵抗传热的能力——K/W。
11.辐射(热辐射):依靠物体表面对外发射可见和不可见的射线(电磁波,或者说光子)传递热量。
12.辐射力E:物体表面每单位时间、单位面积对外辐射的热量成为辐射力。
13.辐射传热:物体间靠热辐射进行的热量传递称为辐射传热。
14.传热过程:工程中所遇到的冷热两种流体隔着固体壁面的传热,即热量从壁一侧的高温流体通过壁传给另一侧低温流体的过程,称为传热过程。
15.传热系数K:单位时间、单位壁面积上,冷热流体间温差为1K时所传递的热量——W/(㎡*K)。
16.单位面积传热热阻:温度差的情形下,传热过程中,单位面积物体抵抗传热的能力——K/W。
第一章:导热理论基础1.温度场:温度场是指某一时刻物体的温度在空间上的分布,一般来说,它是时间和空间的函数。
凝结与沸腾传热知识点总结一、凝结传热1. 基本概念凝结传热是指气体或蒸汽在与冷凝器或凝析器接触时,由于在高温高压下从气态转变为液态而释放出的潜热,使得冷却表面获得热量,达到热交换的目的。
凝结传热广泛应用于蒸汽动力设备、空调制冷系统、核电站等领域。
2. 传热机理凝结传热的机理主要包括蒸汽在冷却表面附近冷凝成液态的过程。
蒸汽接触冷却表面后,从气态开始逐渐降温,当温度降至饱和温度时,蒸汽开始冷凝成液态,同时向冷凝器表面释放潜热。
这一过程中,冷凝器表面得到了传热,达到冷却的效果。
3. 影响因素凝结传热的影响因素主要包括冷凝器表面的特性、冷却介质的流动情况、冷凝器的结构设计等。
其中,冷凝器表面的特性对传热性能影响较大,如表面粗糙度、表面材质等都会对凝结传热产生影响。
二、沸腾传热1. 基本概念沸腾传热是指在液体受热时,液体表面发生气泡并从表面蒸发的过程,通过气泡与液体间传热的方式,将热量传递给液体。
沸腾传热广泛应用于锅炉、蒸馏器、冷却设备等领域。
2. 传热机理沸腾传热的机理主要包括液体受热后,液体表面产生气泡并从表面蒸发,同时气泡与液体之间发生传热。
气泡在液体中的形成、生长、脱离和再次形成的过程构成了沸腾传热的基本机理。
3. 影响因素沸腾传热的影响因素主要包括液体的性质、加热表面的特性、液体的流动情况等。
其中,液体的性质对沸腾传热产生较大影响,如液体的表面张力、黏度、温度等都会对沸腾传热产生影响。
三、凝结与沸腾传热的比较凝结传热与沸腾传热在传热机理、应用领域等方面存在显著差异。
凝结传热是气体或蒸汽在冷却表面附近冷凝成液态,释放潜热的过程,适用于蒸汽动力设备、空调制冷系统等领域。
而沸腾传热是液体受热后,液体表面产生气泡并从表面蒸发,通过气泡与液体间传热的方式,适用于锅炉、蒸馏器等领域。
在传热特性上,沸腾传热的传热系数通常比凝结传热高,因此在某些情况下,沸腾传热更适于热交换。
此外,在应用领域上,凝结传热主要应用于蒸汽动力设备、空调制冷系统等领域,而沸腾传热主要应用于锅炉、蒸馏器、冷却设备等领域。
第七章思考题1.什么叫膜状凝结,什么叫珠状凝结?膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方? 答:凝结液体在壁面上铺展成膜的凝结叫膜状凝结,膜状凝结的主要热阻在液膜层,凝结液体在壁面上形成液珠的凝结叫珠状凝结。
2.在努塞尔关于膜状凝结理论分析的8条假定中,最主要的简化假定是哪两条? 答:第3条,忽略液膜惯性力,使动量方程得以简化;第5条,膜内温度是线性的,即 膜内只有导热而无对流,简化了能量方程。
3.有人说,在其他条件相同的情况下.水平管外的凝结换热一定比竖直管强烈,这一说法一定成立?答;这一说法不一定成立,要看管的长径比。
4.为什么水平管外凝结换热只介绍层流的准则式?常压下的水蒸气在10=-=∆w s t t t ℃的水平管外凝结,如果要使液膜中出现湍流,试近似地估计一下水平管的直径要多大? 答:因为换热管径通常较小,水平管外凝结换热一般在层流范围。
对于水平横圆管:()r t t dh R w s e ηπ-=4()4132729.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=w s t t d gr h ηλρ临界雷诺数()()1600161.9Re 434541324343=-=rg t t dw s c ηλρ由100=s t ℃,查表:kg kJ r /2257= 由95=p t ℃,查表:3/85.961m kg =ρ()K m W ∙=/6815.0λ()s m kg ∙⨯=-/107.2986η()()mg t t rd w s 07.23.976313235=-=λρη即水平管管径达到2.07m 时,流动状态才过渡到湍流。
5.试说明大容器沸腾的t q ∆~曲线中各部分的换热机理。
6.对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热情形,分别说明控制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义,并针对上述两种情形分别举出一个工程应用实例。
答:对于热流密度可控的设备,如电加热器,控制热流密度小于临界热流密度,是为了防止设备被烧毁,对于壁温可控的设备,如冷凝蒸发器,控制温差小于临界温差,是为了防止设备换热量下降。
第七章凝结与沸腾换热Condensation and Boling Heat Transfer凝结换热与沸腾换热都属于相变换热主要是发生在固体与流体界面上的过程凝结换热:蒸气被冷却凝结成液体的换热过程沸腾换热:液体被加热沸腾变成蒸气的换热过程电站锅炉压水堆核电站示意图冷凝器中放热;蒸发器中吸热压缩制冷装置压缩制冷空调工作原理§7-1 凝结换热凝结换热:蒸气被冷却凝结成液体的换热过程一、概述膜状凝结珠状凝结均相凝结(容积内凝结、雾的生成)直接接触式凝结凝结换热分类(Condensation Heat Transfer )本课程主要学习蒸气同低于其饱和温度的冷壁面接触时发生的凝结换热膜状凝结、珠状凝结两种形式:膜状凝结:凝液能较好润湿壁面,在壁面上形成液膜;凝结时蒸气放出的潜热通过液膜传至壁面条件:表面张力<附着力,润湿表面工业中98%~99%冷凝器是膜状凝结Film condensation珠状凝结:凝液不能润湿壁面,而在壁面上形成小液珠珠状凝结时、液珠下落时清扫壁面,部分壁面直接与蒸汽接触,热阻较小条件:表面张力>附着力,不润湿表面特点:换热强;寿命短、成本高、不稳定珠状凝结比膜状凝结的表面传热系数大10~15倍实验测量:1个大气压下,水蒸气凝结,表面传热系数珠状凝结:4×104~105;膜状凝结:6×103~104 W/(m 2K)Dropwise condensation膜状凝结:凝液能较好润湿壁面,在壁面上形成液膜;凝结时蒸气放出的潜热通过液膜传至壁面珠状凝结:凝液不能润湿壁面,而在壁面上形成小液珠局部表面传热系数的大小与液膜流态和厚度直接相关二、膜状凝结换热层流状态:上部、流速低、换热依靠膜层导热、膜层愈厚、局部表面传热系数愈小湍流状态:膜层增厚、流速增大、对流换热主要通过膜层内的热对流、膜层愈厚、局部表面传热系数愈大(Film condensation )假设:1) 液膜内流动为层流;液体物性为常数2) 液膜表面温度等于饱和温度,蒸气度梯度,仅发生凝结换热,无对流换热与辐射换热3) 蒸气静止,蒸气对液膜表面无粘滞应力作用4) 液膜很薄且流速缓慢,可忽略液膜的惯性力5) 凝结热以导热方式通过液膜,忽略液膜内热对流作用层流边界层动量微分方程:22u x p g y u v x u u ∂+∂∂−=⎟⎟⎞⎜⎜⎛∂∂+∂∂ηρ积分:液膜的动量微分方程简化为:dy d ηc∴忽略对流作用、并忽略沿x 方向的导热(边界层)对上述Nusselt 理论解的修正:1) Nusselt 理论解与实验数据比较发现:30Re ≤c 时,二者符合得很好时,理论解逐渐低于实验数据1800Re 30<<c 原因:时,实验观察发现:凝结液膜表面光滑、无波纹,故理论解与实验数据相符;30Re ≤c对上述Nusselt 理论解的修正:1) Nusselt 理论解与实验数据比较发现:30Re ≤c 时,二者符合得很好时,理论解逐渐低于实验数据1800Re 30<<c 原因:时,实验观察发现:凝结液膜表面光滑、无波纹,故理论解与实验数据相符;30Re ≤c 凝结液膜的三种流态:层流、有波纹的层流、湍流时,由于液膜表面张力以及蒸气与液膜间的粘滞应力的作用,层流液膜表面发生波动,它促进了膜内热量的对流传递—膜内的对流换热不可忽略1800Re 30<<c Laminar, wavy laminar, and turbulent时,层流液膜表面发生的波动促进了膜内热量的对流传递,使理论解逐渐低于实验数据41⎤时,要把理论解得到的表面传热系数提高20%。