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传热学V4-第七章-相变对流传热-1

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(完整版)《传热学》第7章_相变对流传热

(完整版)《传热学》第7章_相变对流传热
1. 产生原因不同（液体与壁面浸润程度） 2. 换热强度不同 3. 珠状凝结不持久，工程中主要采用膜状凝结作为设计依据。
5
第7章 相变对流传热
7.2 膜状凝结分析解及计算关联式
7.2.1 努塞尔的蒸气层流膜状凝结分析解(温度、传热系数及动量分布)
1. 对实际问题的简化假设
努塞尔的分析是对纯净的饱和蒸气在均匀壁温的竖直表面上的层流
x
1/
4
整个竖壁上的温差ts-tw为常数，因此，整个
竖壁的平均表面传热系数为：
hV
1 l
l 0
hx dx
34hxl
0.943lgl rts 3ltl2w
1/ 4
液膜层流时竖壁膜状凝结的努塞尔理论解，
如果有倾角φ的话，直接改为gsin φ即可。
8
第7章 相变对流传热
7.2.2 竖直管与水平管的比较及实验验证
第7章 相变对流传热
7.1 凝结传热的模式 7.2 膜状凝结分析解及计算关联式 7.3 膜状凝结的影响因素及其传热
强化 7.4 沸腾传热的模式 7.5 大容器沸腾传热的实验关联式 7.6 沸腾传热的影响因素及强化 7.7 热管简介
1
第7章 相变对流传热
引入：
对流传热
强制对流传热 自然对流传热 无相变
膜状凝结的热阻通常比珠状凝结大一个数量级以上，
膜状凝结的表面传热系数的数量级为“成千上万”，而
珠状凝结的表面传热系数可以高达几十万！
g
tw ts
tw ts
4
第7章 相变对流传热
珠状凝结的关键问题是在常规金属表面上难 以产生与维持！！ 7.1.3 膜状凝结是工程设计的依据 常用蒸气在洁净的条件下都能得到膜状凝结。 实现起来较容易且计算简单，因此，采用膜状 凝结的计算式作为设计的依据。 强化传热的主要途径是减薄液膜的厚度！！！ 珠状和膜状凝结的异同：

《传热学》第7章-凝结与沸腾换热

《传热学》第7章-凝结与沸腾换热

补充例题3
v 思路： 膜态沸腾换热套用公式计算即可。
稳定的膜态沸腾时，金属丝的电流的发热量 一部分通过沸腾换热传给了水，其余部分则 使金属丝的内能增加（温度升高），这是一 个能量平衡。
补充例题3
v 解：膜态沸腾换热系数的计算套教材中的公式，略 去。结果为： h=236.70 W/(m2.℃)
每米长金属丝的传热量为:
理论解的修正
h
=
0.943

gγρ
µH (ts
2λ3 − tw
1/ 4
)
实验证实： Re < 20
时，实验结果与理论解相吻合
Re > 20 时，实验结果比理论解高20%
所以在工程计算时将该式的系数加大20%
h
=
1.13

gγρ 2λ3
µl(ts − tw
)
1/
4
定性温度
tm
传热学
第7章 凝结与沸腾换热 Condensation and boiling
简介
蒸气被冷却凝结成液体的换热过程称为凝结换热； 液体被加热沸腾变成蒸气的换热过程称为沸腾换热
——有相变的对流换热
一般情况下，凝结和沸腾换热的表面传热系数要比单相 流体的对流换热高出几倍甚至几十倍。
7-1 凝结换热现象
膜状凝结换热 的主要阻力
=
1 2
(ts
+
tw
)
其他
单根水平圆管外壁面上的层流膜状凝结换热平均表面传热系数
h=
( ) 紊流膜状凝结换热
0.729

gγρ µd ts
2λ3 − tw
1/ 4
( ) 整个垂直壁面的平均表面传热系数

传热学第七章相变对流传热

传热学第七章相变对流传热
5
凝结传热的模式
7.1.1 珠状凝结与膜状凝结
一、凝结换热过程 当蒸汽与 低于其相应压力下的饱和温度的壁面接触时，将
发生凝结过程。凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固体壁。 二、分类
根据凝结液在表面上的润湿情况，凝结换热可以分为 膜状 凝结和珠状凝结 。
6
凝结传热的模式
1、膜状凝结（ film condensation ） 凝结液体能很好地润湿壁面，它在 壁面上铺展成膜。
? 立式冷凝器在凝液下流的过程中分 段排泄，有效控制了液膜厚度； ? 卧式冷凝器泄流板可以使布置在 该板上部水平管束上的冷凝液不会聚 集到其下其他管束上。
19
目录
? 7.1 凝结传热的模式 ? 7.3 膜状凝结的影响因素及其传热强化 ? 7.4 沸腾传热的模式 ? 7.6 沸腾传热的影响因素及其强化
2、珠状凝结（ dropwise condensation ） 凝结液体不能很好地润湿壁面，它 在壁面上形成一个个小的液珠。
7
凝结传热的模式
上图显示了在不同的润湿能力下，气液分界面对壁面形成边 角（接触角） θ 的形状。接触角小则液体润湿能力强，液体会铺 展在壁面上。
8
凝结传热的模式
7.1.2 凝结换热主要热阻
汽泡是在加热面上所谓的 汽化 核心 处生成的，而形成汽化核 心的最佳位置是加热面上的凹 缝、孔隙处，这里残留着微量 气体，最容易生成汽泡核（即 微小汽泡）。
30
沸腾传热模式
气泡的力平衡：
? R2 ?PV ? Pl ?? 2? R?
式中： σ——气液界面的表面张力； Pl——气泡外压力，近似 等于沸腾系统的环境压力 Pl≈Ps;界面内外温度相等，即 tl=tv;即 气泡外的液体是过热的，贴壁处具有最大过热度 tw-ts

西安交通大学传热学课件

西安交通大学传热学课件
（3）主要热阻
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
9/76
传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer 11/76
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
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。
传热学 Heat Transfer 38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation） 2、沸腾（boiling） （1）定义
工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
39/76
（2）分类
传热学 Heat Transfer
一、不凝结气体
增加了传递过程的阻力 减小了凝结的驱动力 二、蒸气流速 使液膜变厚 使液膜变薄
31/76
三、过热蒸汽
传热学 Heat Transfer
四、液膜过冷度及温度分布的非线性
五、管子排数 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管
六、管内冷凝
32/76
传热学 Heat Transfer

传热学-第七章newppt课件

传热学-第七章newppt课件
（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。 当凝结液不能润湿壁面时，凝结液在壁面许多点上以—颗颗小液珠的形式依
附于壁面，在重力的作用下，液珠滚下并与相通的液珠汇合成较大的液滴， 在向下滚动的同时．扫清了沿途的液珠，让出无液珠的壁面供继续凝结．凝 结过程主要是直接在冷壁面上进行的，没有凝结液膜引起的附加热阻，因此 有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍 以上。 虽然如此，但到目前为止．在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝 结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究 中。 如果冷凝壁面水平放置，壁面迟早会被冷凝液覆盖；如果冷凝壁面是竖直安 放，液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动，使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接 接触，保持良好的热交换性能。 在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。
量外，层流底层之外以紊流传递为主，换热大为增强
竖壁紊流膜段的平均表面传热系数
C o875 508 PR r0.5c(eR0 c.7e525)3
对竖壁的紊流凝结换热，其沿整个壁面的平均表面传热系数
计算式为：
hhl
xc l
ht
1
xc l
式中：hl 为层流段的传热系数； ht 为湍流段的传热系数；
xc 为层流转变为湍流时转折点的高度
u v 0 x y
Thermal boundary
x
layers
u(y)
（ l u u xv u y)lg p xl y2u 2
Velocity boundary
layers
ut vt x y
al
2t y2
下脚标 l 表示液相
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传热学第七章

传热学第七章
: 频率 : 波长
C : 电磁波传播速度
在真空中，C 3 108 m / s 在大气中，略低于此值
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
图7-1 电磁波谱
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 一、热辐射的本质
3、波长范围（如图7-1所示）
（1）热辐射产生的电磁波称为热射线。从理论上讲，其波长 包括整个电磁波谱，即波长从零到无穷大。 （2）实用中，通常把波长在0.1～100μm范围内的电磁波称为 热射线。它包括部分紫外线、全部可见光和部分红外线： ①部分紫外线（0.1～0.38μm） 热射线（0.1～100μm） ②全部可见光（0.38～0.76μm） ③部分红外线（0.76～100μm）
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 五、黑体、白体和透明体
1、理想模型 （1）把吸收比α=1的物体称为绝对黑体，简称黑体。 （2）把反射比ρ=1的物体称为绝对白体，简称白体。
（3）把透射比σ=1的物体称为绝对透明体，简称透明体
※ 黑体、白体、透明体都是理想模型，
是理论研究的基础，自然界中并不存在。
第七章 辐射传热
第七章 辐射传热
第二节 黑体辐射的基本定律 二、普朗克定律
⑤当黑体的T＞800K时，其辐射能中才明显地具有波长为 0.38～0.76μm的可见光射线。
※随着温度的升高，可见光射线增加。
※当温度达到5800K时，Ebλ的峰值才位于可见光范围。 ※太阳可近似认为是表面温度为5800K的黑体，根据计算，
图7-3 物体表面的反射 a)镜面反射；b）漫反射
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 四、漫射表面
1、当物体表面较光滑，其粗糙不平的尺度小于热射线的波长时， 物体表面对投射辐射呈镜面反射，入射角等于反射角，该表 面称为镜面，如图7-3a)所示。 2、当物体表面粗糙不平的尺度大于热射线的波长时，物体表面 对投射辐射呈漫反射，其吸收比大于镜面，该表面称为漫反 射表面，如图7-3b)所示。 ※一般工程材料的表面均可近似作为漫反射表面。 3、若漫反射表面同时能向周围半球空间均匀发射辐射能，则称 该表面为漫射表面。

传热学相变对流传热


水冷壁中的传热恶化 （1）第一类传热恶化：在热负荷较高、管内质量含汽率较低的情况下， 由核态沸腾转变为膜态沸腾的传热恶化。通常发生在亚临界压力下。
（2）第二类传热恶化：发生在热负荷较低、管内质量含汽率很高的情况 下。管子内壁上水膜因蒸发或被汽流撕破而消失，从而管壁直接与蒸汽 接触，即蒸干，称为第二类传热恶化。 抑制和推迟方法 （1）内螺纹管；（2）适当提高管内质量流速
(3) 易形成气化核心的位置
壁面上的凹穴和裂缝
原因
• 受热面积大 • 易残留气体
➢管内沸腾影响因素
含气量、质量流率和压力
流动类型 换热类型
• 单相流 • 单相对流换热
• 泡状流 • 过冷沸腾
• 块状流 • 环状流 • 单相汽
• 核态沸腾 •液膜对流沸腾 • 湿蒸汽换热 • 过热蒸汽换热
蒸干：液膜消失
加热壁面沉浸在有自由表面液体中所发生的沸腾
加热表面
2. 沸腾传热分类 ➢ 根据流体运动的动力：
管内沸腾——外加压差作用 液体在外力的作用下，以一定的流速流过壁面时所
发生的沸腾换热。生成的汽泡不能自由上浮，而是与 液体混在一起，形成管内汽液两相流
Liquid Bubble Slug
Annular
Mist
32
1/ 4
rg l l
h 1.13 L(t t ) q
h(ts
tw
)
1.13
rg3l l2 l L
1/ 4
l
(ts
tw
s
)3/ 4
w
➢严重性：1% 的不凝结气体能使 h降低 ~ 60% ➢凝汽器工作中，排除不凝结气体是保证设计能力的关键
➢ 蒸气流速——改变液膜厚度

相变对流传热课件

1第7章相变对流传热7.1凝结传热的模式7.2膜状凝结的计算关联式7.3膜状凝结的影响因素及其传热强化7.4沸腾传热的模式7.5沸腾传热的影响因素及其强化7.6热管简介蒸气遇冷凝结、液体受热沸腾是伴随有相变的对流传热，其基本规律与单相对流传热有重大的区别。

凝结与沸腾传热广泛地应用于各种工程领域中：电站汽轮机装置中的凝汽器、锅炉炉膛中的水冷壁、冰箱与空调器中的冷凝器与蒸发器、化工装置中的再沸器等都是应用实例。

本章应掌握的重点是凝结与沸腾过程的基本特点、计算关联式的选择与使用以及强化凝结与沸腾传热过程的基本思想和主要的实现技术。

23蒸气与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的凝结形式。

如果凝结液体能很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜。

这种凝结形式称为膜状凝结(film condensation)。

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)必须穿过液膜才能传到冷却壁面上去。

这时，液膜层就成为传热的主要热阻。

当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，称为珠状凝结(dropwise condensation)。

7.1 凝结传热的模式4珠状凝结膜状凝结无论是膜状凝结还是珠状凝结，凝结液体都是构成蒸气与壁面交换热量的热阻载体。

显然，将蒸气与冷壁面隔开的液体层的面积越大、越厚，热阻越大。

在减小凝结热阻方面，珠状凝结相比于膜状凝结具有很大的优越性：在产生珠状凝结时大量的液珠的直径是很小的(在100μm以下)，空出了大量的壁面可与蒸气直接接触；所形成的液珠不断发展长大，在非水平的壁面上，因受重力作用液珠长大到一定尺寸后就沿壁面滚下，并在滚下的过程中，一方面会和相遇的液珠合并成更大的液滴，另一方面也扫清了沿途的液珠，使壁面重复液珠的形成和成长过程。

5而膜状凝结时，在冷壁面上始终存在一层连续的液膜，其厚度沿着重力的方向增加，所以膜状凝结的热阻常常比珠状凝结大一个数量级以上。

传热学第七章相变对流传热


多组分凝结
2021年5月12日7时43分 杨祥花
表面凝结： 按浸润能力分（气液分界面 对壁面形成的接触角）：
膜状凝结
珠状凝结 表面张力与附着力的相对大小
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2021年5月12日7时43分 杨祥花
表面凝结
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2021年5月12日7时43分 杨祥花
2021年5月12日7时43分 杨祥花
方程组的求解
对 方 程
l
d 2u dy 2
l g
0
进 行 两
d 2t dy2 0
次
u l g ( y 1 y2 )
l
2
t
tw
(ts
tw
)
y
积
分
求解关键： f (x)
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2021年5月12日7时43分 杨祥花
微元段质量守恒
§7-4 沸腾传热的模式 §7-5 大容器沸腾传热的实验关联式
§7-6 沸腾传热的影响因素及强化
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2021年5月12日7时43分 杨祥花
主要特点:
(1) 流体温度基本保持不变，在相对较小温 差下达到较高放热和吸热目的的传热过程;
(2) 换热量主要是潜热r。r 比较大，故h 大。 如：1个大气压下r= 2257 kg/kJ；
hx（ts-tw）= λl(ts-tw) /δ
hx
(ts
l
tw)
(ts
tw)
gr l2l3 4l (ts tw
)
x
1
4
（7-2）
（3）平均表面传热系数

传热学对流换热ppt课件

总结词
优化对流换热过程，提高传热效率是传热学的重要研究方向。
详细描述
对流换热是传热过程中的重要环节，优化对流换热过程、提高传热效率对于节能减排、提高能源利用 效率具有重要意义。未来研究将进一步探索对流换热的优化方法和技术，为实现高效传热提供理论支 持。
THANKS
感谢观看
02 通过求解这些方程，可以得到流体温度场和物体 温度场的分布，进而分析对流换热的规律和特性 。
02 对流换热的数学模型是研究对流换热问题的重要 工具，可以用于预测和分析各种实际工程中的传 热问题。
03
对流换热的影响因素
流体物性参数
01 密度
密度越大，流体质量越大，流动时受到的阻力也 越大，对流传热速率相对较快。
，提高能源利用效率。
工业炉的热能回收主要涉及对流 换热器的设计和优化，需要考虑 传热效率、热损失、设备成本等
因素。
通过对流换热技术回收工业炉的 热量，可以降低能源消耗和减少
环境污染。
建筑物的自然通风设计
建筑物的自然通风设计利用对流 换热原理，通过合理设计建筑布 局、窗户位置和大小等，实现自
然通风，降低室内温度。
传热学对流换热ppt 课件
目录
• 对流换热的基本概念 • 对流换热原理 • 对流换热的影响因素 • 对流换热的实际应用 • 对流换热的实验研究方法 • 对流换热研究的未来展望
01
对流换热的基本概念
对流换热定义
总结词
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程。
详细描述
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程，是传热学中的一种基本现象。当流体与固 体表面接触时，由于温度差异，会发生热量从固体表面传递到流体的过程。
在对流换热过程中，热传导与对流同时存在，共 02 同作用，两者相互关联，共同决定热量传递的速
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7-3 膜状凝结的影响因素及其传热强化 膜状凝结换热的强化措施： 减薄液膜的厚度 基于表面张力减薄液膜厚度（低肋管、锯齿管、微肋管） 增加顺液膜流动方向的蒸汽流速 水平放置单管或管束 加速液膜的排出 分段排泄管、沟槽管、离心力、静电引力等 减少不凝结气体 抽吸、引射等，或者增加蒸气的流速 凝结表面实现珠状凝结
u=
ρl g 1 (δy − y 2 ) ηl 2
y
4ηl λl (ts − tw )x δ = gρl2r
dΦ x = λ
1/ 4
导热公式+牛顿冷却公式
ts − tw dx = hx (t s − t w )dx δ ( x)
1/ 4
简化后的速度和 温度分布
hx =
λ δ (x)
CHF
沸腾换热：换热温差∆t 越大 ≠ 热流密度大 沸腾换热的两种加热方式： 控制壁温 控制热流（大于qmax 时，工况沿虚线直接跳至 稳定膜态沸腾， ∆t 猛增到1000℃，需要避免）
SJTU-OYH
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-4 沸腾传热的模式
SJTU-OYH
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-4 沸腾传热的特点 1. 沸腾换热属于有相变的对流换热。加热固体表面的热量通过导热和对流传 递给沸腾流体，同时流体存在液相到气相的相变。牛顿冷却公式仍然适用； 2. 沸腾换热的推动力也是温差，壁面过热（tw>ts）是必要条件； 3. 沸腾换热时气泡在汽化核心处产生，成长并逸出；之后流体补充，重新形 成气泡，周而复始；气泡的形成、成长和脱离对加热表面的流体产生剧烈 的扰动，因此换热的强度远大于无相变对流换热； 4. 汽化核心数目的增加有利于强化沸腾换热。
SJTU-OYH
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-1 凝结传热的模式 凝结传热：蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给壁面的过程。 凝结传热产生的必要条件：
tw < ts
tw < ts
tw < ts
g
膜状凝结
g
珠状凝结
凝结模式源于气液界面的接触角θ（图7-1）
SJTU-OYH
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-4 沸腾传热的模式 沸腾：工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程。 沸腾换热：液体内部固液界面形成气泡而使热量由固壁传给液体的过程。 沸腾换热产生的必要条件：
tw > ts
SJTU-OYH
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-1 凝结传热的模式 凝结传热：蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给壁面的过程。 珠状凝结
珠状凝结的表面换热系数 >> 膜状凝结，但是一般无法长久保持。 2.55×105 5000～25000
l
1/ 4
g sin ϕrρ l2 λ3 l hV = 0.943 ηl l (t s − t w )
1/ 4
特征长度分别为 l 和 d；
1/ 4
水平圆管壁
grρl2λl3 hH = 0.729 ηl d(ts − tw )
2 3 l l
r 由ts 确定。 其它物性由平均温度确定：
⇒
⇒
克拉贝龙方程
2σ Ts = rρ v (t w − t s )
式中：σ — 表面张力，N/m；r — 汽化潜热，J/kg
ρv — 蒸汽密度，kg/m3；tw — 壁面温度，°C
ts — 对应压力下的饱和温度， °C 可见， (tw – ts ) ↑ , Rmin↓ ⇒ 同一加热面上，称为汽化核心的凹穴数量增加 ⇒ 汽化核心数增加 ⇒ 换热增强
第七章
相变对流传热
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-1 凝结传热的模式 凝结传热 （气相变液相） 相变对流传热 沸腾传热 （液相变气相） 凝结传热： 夏天出空调房间后的眼镜表面膜状凝结 沸腾传热： 烧开水 相变：物质系统不同相（气液固）之间的转变。相变过程伴随吸热、放热的相变潜热 相变传热的特点： 由于有潜热释放和相变过程的复杂性，比单相对流换热更复杂。 相变对流传热的重点在于确定表面传热系数，然后由牛顿冷却公式计算热流量
SJTU-OYH
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-5 大容器沸腾传热的实验关联式 大容器饱和核态沸腾： 主要影响因素是壁面的过热度和汽化核心数 1 通用液体的大容器饱和核态沸腾：罗森诺Rohsenow公式
St −1 = C wl ⋅ Re 0.33 ⋅ Prls
∂ 2u = 0 ρlg +ηl ∂y 2 2 ∂ t = 0 ∂y 2
y = 0 时， u = 0, t = t w du y = δ 时， = 0, t = t s dy δ
u=
简化后的速度和温度分布
ρl g 1 (δy − y 2 ) 2 ηl
y
抛物线 线性
SJTU-OYH
Y 管内强制对流沸腾 大容器沸腾
沸腾液体是否整体流动
N
Y 沸腾液体主体温度 是否达到饱和温度
饱和沸腾 过冷沸腾
N
SJTU-OYH
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-4 沸腾传热的模式
大容器饱和沸腾曲线
CHF
大容器饱和沸腾的四个区域 0℃< ∆t < 4℃ : 单相自然对流区，无汽泡。 4℃< ∆t < 25℃ : 核态沸腾区。产生汽泡，汽泡间 的剧烈扰动使表面换热系数和热流密度急剧增加， 强化换热。 25℃< ∆t < 200℃ : 过渡沸腾区。汽泡的产生速 度大于脱离速度，汽泡附着形成汽膜，汽膜的热 阻减弱换热效果。 200℃< ∆t : 稳定模态沸腾区。形成稳定汽膜，虽 然汽膜的热阻减弱了换热效果，但是高温壁面的 辐射换热却进一步增强了换热效果。
Rec>1600
Nu = hl / λ; Ga = gl 3 / ν 2
竖壁雷诺数
伽利略数
Re =
4hl (t s − t w ) rη l
竖壁临界雷诺数＝1600
SJTU-OYH
传热学 Heat Transfer
Shanghai Jiao Tong University
7-2 膜状凝结分析解及实验关联式 理论分析解在一定 的假设条件下获得 膜状凝结实验关联式： 水平圆管壁 实验结果修正 实验关联式
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7-2 膜状凝结分析解及实验关联式 膜状凝结换热的工程计算步骤： 1. 膜状凝结换热的形式（竖壁、侧壁、水平单圆管、多圆管、球壁）； 2. 判别流态（层流、湍流）； 3. 利用对应形式的实验关联式计算平均表面传热系数； 4. 利用牛顿冷却公式计算换热量，并计算凝结速率（单位时间内凝结的液膜质量）。
莱登佛罗斯特点
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7-4 沸腾传热的模式
大容器饱和沸腾曲线 工业应用中要求保持在核态沸腾区，而不能加入 过渡沸腾区。过渡沸腾区壁温增加，热流密度却 下降，设备易烧毁。 qmax 临界热流密度CHF （烧毁点） 设置监控温度点DNB（核态沸腾转折点）
7-3 膜状凝结的影响因素及其传热强化 膜状凝结换热的影响因素： 1. 不凝结气体： 2. 蒸汽流速： 3. 过热蒸汽： 4. 液膜的过冷度及温度分布的非线性 5. 管子排数 6. 管内凝结 7. 凝结表面的几何形状
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tm =
1/ 4
ts + tw 2
球壁
grρ λ hS = 0.826 ηl d(ts − tw )
为何冷凝器一般多采用水平横管布置？
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7-2 膜状凝结凝结实验关联式： 竖壁（层流） 竖壁（湍流） Rec<1600 实验结果修正 实验关联式
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7-2 膜状凝结分析解及实验关联式
层流膜状凝结
努塞尔纯净饱和蒸汽层流膜状凝结理论分析解： 液体膜层的热阻为主要因素。 基本假设： 1. 二维、稳态、常物性、层流； 2. 蒸汽静止，汽液界面无对液膜的粘滞力； 3. 忽略惯性力，液膜的运动仅取决于重力和粘滞力； 4. 壁温tw＝const，汽液界面无温差 tδ＝ts 5. 液膜内部无对流而只有导热，温度分布为线性； 6. 忽略液膜的过冷度，即认为液膜仅存在潜热； 7. 蒸汽密度<<液体密度； 8. 液膜表面平整无波动。
汽化核心
壁面汽泡的产生、成长和脱离增强沸腾传热强度
汽化核心：实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点，而不是整个 加热面上，这些产生气泡的点被称为汽化核心。 气泡产生的源泉。壁面的凹缝、裂穴最可能成为汽化核心。 受热面积 残存气体 汽泡半径R 必须满足下列条件才能存活：