沸腾传热 ppt课件
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传热学7-2
热管是20世纪60年代发展起来的具有特别高的导 热性能的传热元件。
热管中各个传递环节的热阻分析
设热管的外径 do =25mm， 内径 di =21mm，蒸发段长度 le及冷 凝段长度 lc均为 1m，碳钢导热系数 =43.2 W/(m· K)。热量从热 流体传到冷流体的过程中各个环节的热阻如下： (1). 从热流体到蒸发段外壁的换热热阻 R1 设蒸发段外表面总表面传热系数为 ho，e，则：
D
F
A B E
6/45
三 气泡动力学简介
1 沸腾传热具有较高传热强度的原因 气泡的形成、成长、脱离壁面所引起的各种 扰动而造成的。 要进一步强化沸腾传热就要设法增加加热表 面上产生气泡的地点----汽化核心 2 汽化核心产生地点
加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心
7/45
3 加热表面上要产生气泡液体必须过热
C
D
F
A B E
t q
5/45
沸腾传热有：
（1）壁温可以控制的情况 （2）热流密度可以控制的情况
C
临界热流密度 qmax
对于依靠控制热流密度来改 变工况的加热设备（电加热器 和核反应堆），一旦热流密度 超过峰值，工况将沿qmax 虚线 跳至稳定膜态沸腾线， t 将 猛升至近1000 º C，可能导致设 备的烧毁，所以qmax亦称烧毁点。 必须严格监视并控制热流密度。
R7
1
d o l c ho,c
在 R1~R7中，属于热管内部的热阻为R2~R6，其和为 6.78 10-3 K/W。一根长2m、直径为25mm的铜棒的热阻是上述钢-水 热管的1500倍。热管的这种特别优良的导热性能又被称为“超导 热性”。
本章作业
7-5、7-8、7-21、7-24、730、7-32
热管中各个传递环节的热阻分析
设热管的外径 do =25mm， 内径 di =21mm，蒸发段长度 le及冷 凝段长度 lc均为 1m，碳钢导热系数 =43.2 W/(m· K)。热量从热 流体传到冷流体的过程中各个环节的热阻如下： (1). 从热流体到蒸发段外壁的换热热阻 R1 设蒸发段外表面总表面传热系数为 ho，e，则：
D
F
A B E
6/45
三 气泡动力学简介
1 沸腾传热具有较高传热强度的原因 气泡的形成、成长、脱离壁面所引起的各种 扰动而造成的。 要进一步强化沸腾传热就要设法增加加热表 面上产生气泡的地点----汽化核心 2 汽化核心产生地点
加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心
7/45
3 加热表面上要产生气泡液体必须过热
C
D
F
A B E
t q
5/45
沸腾传热有：
（1）壁温可以控制的情况 （2）热流密度可以控制的情况
C
临界热流密度 qmax
对于依靠控制热流密度来改 变工况的加热设备（电加热器 和核反应堆），一旦热流密度 超过峰值，工况将沿qmax 虚线 跳至稳定膜态沸腾线， t 将 猛升至近1000 º C，可能导致设 备的烧毁，所以qmax亦称烧毁点。 必须严格监视并控制热流密度。
R7
1
d o l c ho,c
在 R1~R7中，属于热管内部的热阻为R2~R6，其和为 6.78 10-3 K/W。一根长2m、直径为25mm的铜棒的热阻是上述钢-水 热管的1500倍。热管的这种特别优良的导热性能又被称为“超导 热性”。
本章作业
7-5、7-8、7-21、7-24、730、7-32
传热学-学习课件-7-6影响沸腾换热的因素及强化
1 不凝结气体对膜状凝结换热的影响 与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾
换热得到某种程度的强化。
传热学 Heat Transfer
2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时，h (tw t f )1 4 ，因此，过冷会强化换热。
3 液位高度 当传热表面上的液位足够高时，沸腾换热表面传热系
目前有两种常用的手段： (1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与 化学手段
在换热表面上形成多孔结构。 (2)机械加工方法。
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
Thanks
从0.1～1009.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热
规律没有影响，但对自然对流换热有影响，由于
Gr
gtl 3 2
Nu C(Re Gr )n
因此，g Nu 换热加强。
5、管内沸腾
传热学 Heat Transfer
锅炉水冷壁结构。
数与液位高度无关。但当液位降低到一定值时，表面传 热系数会明显地随液位的降低而升高(临界液位)。
传热学 Heat Transfer
图中介质为一个大气压下的水
传热学 Heat Transfer
4 重力加速度 随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件下的
传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就 现有的成果表明：
传热学 He传at热Tr学ansfeHr eat Transfer
传热学 Heat Transfer
主讲老师：王舫 适用专业：能源与动力工程专业
传热学 Heat Transfer
7.6 影响沸腾换热的因素及强化
沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素 也最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响 因素也只针对大容器沸腾换热。
换热得到某种程度的强化。
传热学 Heat Transfer
2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时，h (tw t f )1 4 ，因此，过冷会强化换热。
3 液位高度 当传热表面上的液位足够高时，沸腾换热表面传热系
目前有两种常用的手段： (1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与 化学手段
在换热表面上形成多孔结构。 (2)机械加工方法。
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
Thanks
从0.1～1009.8 m/s2 的范围内，g对核态沸腾换热
规律没有影响，但对自然对流换热有影响，由于
Gr
gtl 3 2
Nu C(Re Gr )n
因此，g Nu 换热加强。
5、管内沸腾
传热学 Heat Transfer
锅炉水冷壁结构。
数与液位高度无关。但当液位降低到一定值时，表面传 热系数会明显地随液位的降低而升高(临界液位)。
传热学 Heat Transfer
图中介质为一个大气压下的水
传热学 Heat Transfer
4 重力加速度 随着航空航天技术的发展，超重力和微重力条件下的
传热规律得到蓬勃发展，但目前还远没到成熟的地步，就 现有的成果表明：
传热学 He传at热Tr学ansfeHr eat Transfer
传热学 Heat Transfer
主讲老师：王舫 适用专业：能源与动力工程专业
传热学 Heat Transfer
7.6 影响沸腾换热的因素及强化
沸腾换热是我们学过的换热现象中最复杂的，影响因素 也最多，由于我们只学习了大容器沸腾换热，因此，影响 因素也只针对大容器沸腾换热。
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
完整版PPT课件
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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7.4沸腾传热
基本概念
定义： a 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 b 沸腾换热：指工质通过气泡运动带走热量，并使壁 面冷却的一种传热方式
沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍然适用
沸腾分类
饱和沸腾 大空间沸腾
过冷沸腾
管内沸腾 饱和沸腾 过冷沸腾
t ts t ts
2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时， h (tw t f )n ，因此，过冷会强化换热。
3 液位高度
当传热表面上的液位足够高时， 沸腾换热表面传热系数与液位 高度无关。但当液位降低到一 定值(临界液位)时，表面传热 系数会明显地随液位的降低而 升高。
4 重力加速度
随着航空航天技术的进步，超重力和微重力条件下的传热规律
将同样的两滴水分别滴在温度为120℃和300 ℃的锅面上，试问哪只锅上的水先被烧干， 为什么？
大容器饱和沸腾曲线 t tw ts 0
Departure from Nucleate boiling
C E
B
Natural convection
Nucleate boiling
A
D
Transition boiling
dW 0, dV d 4 R3 , dA d 4R2 3
pv
pl
2
R
pv pl , pl ps Tv Tl Ts
大容器沸腾换热计算式
1 大容器饱和核态沸腾
影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而 汽化核心数受材料、表面状况、压力等因素的支配，所以 沸腾换热的情况液比较复杂，导致计算公式分歧较大。目 前存在两种计算是，一种是针对某一种液体，另一种是广 泛适用于各种液体的。
定义： a 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 b 沸腾换热：指工质通过气泡运动带走热量，并使壁 面冷却的一种传热方式
沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍然适用
沸腾分类
饱和沸腾 大空间沸腾
过冷沸腾
管内沸腾 饱和沸腾 过冷沸腾
t ts t ts
2 过冷度 只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热
时， h (tw t f )n ，因此，过冷会强化换热。
3 液位高度
当传热表面上的液位足够高时， 沸腾换热表面传热系数与液位 高度无关。但当液位降低到一 定值(临界液位)时，表面传热 系数会明显地随液位的降低而 升高。
4 重力加速度
随着航空航天技术的进步，超重力和微重力条件下的传热规律
将同样的两滴水分别滴在温度为120℃和300 ℃的锅面上，试问哪只锅上的水先被烧干， 为什么？
大容器饱和沸腾曲线 t tw ts 0
Departure from Nucleate boiling
C E
B
Natural convection
Nucleate boiling
A
D
Transition boiling
dW 0, dV d 4 R3 , dA d 4R2 3
pv
pl
2
R
pv pl , pl ps Tv Tl Ts
大容器沸腾换热计算式
1 大容器饱和核态沸腾
影响核态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而 汽化核心数受材料、表面状况、压力等因素的支配，所以 沸腾换热的情况液比较复杂，导致计算公式分歧较大。目 前存在两种计算是，一种是针对某一种液体，另一种是广 泛适用于各种液体的。
第七章凝结及沸腾换热_传热学
23
3 大空间饱和沸腾曲线：
表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个换热规律不 同的阶段：自然对流、泡态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾， 如图所示：
qmax
qmin
24
4.几点说明： （1）上述热流密度的峰值qmax 有重大意义，称为临界 热流密度，亦称烧毁点。一般用核态沸腾转折点DNB作 为监视接近qmax的警戒。这一点对热流密度可控和温度 可控的两种情况都非常重要。 （2）对稳定膜态沸腾，因为热量必须穿过的是热阻较 大的汽膜，所以换热系数比凝结小得多。
25
三. 大空间泡态沸腾表面传热系数计算
沸腾换热也是对流换热的一种，因此，牛顿冷却公式仍 然适用，即
q h(tw ts ) ht
但对于沸腾换热的h却又许多不同的计算公式 影响泡态沸腾的因素主要是过热度和汽化核心数，而汽 化核心数受表面材料、表面状况、压力等因素的支配，所 以沸腾换热的情况液比较复杂，导致了个计算公式分歧较 大。目前存在两种计算是，一种是针对某一种液体，另一 种是广泛适用于各种液体的。
与膜状凝结换热不同，液体中的不凝结气体会使沸腾换热 得到某种程度的强化 2 过冷度
只影响过冷沸腾，不影响饱和沸腾，因自然对流换热时，
h (tw， 因t f 此)n ，过冷会强化换热。
30
3.液位高度
当传热表面上的液位足够高时， 沸腾换热表面传热系数与液位 高度无关。但当液位降低到一 定值时，表面传热系数会明显 地随液 位的降低而升高(临界 液位)。
2t y 2
5
考虑（3）液膜的惯性力忽略
l (u
u x
v
u y
)
0
考虑（7）忽略蒸汽密度
dp 0 dx
考虑（5） 膜内温度线性分布， 即热量转移只有导热
第七章沸腾换热ppt课件
2 膜层中凝结液的流动状态
凝结液体流动也分层流和湍流，并且其判断依据 仍然时Re，
Re deul
式中：
ul 为 x = l 处液膜层的平均流速；
de 为该截面处液膜层的当量直径。
无波动层流
Re30
有波动层流
Rec 1800
湍流
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
tw ts
凝结换热的关键点
g
• 凝结可能以不同的形式发生，膜状凝结和珠 状凝结
• 冷凝物相当于增加了热量进一步传递的热阻
• 层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式 • 影响膜状凝结换热的因素
• 会分析竖壁和横管的换热过程，及Nusselt膜 状凝结理论
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
如图 d e 4 A c/P 4 b/b 4
Re4ul 4qml
由热平衡
h(tstw)lrqml
所以
Re 4hl( ts tw )
r
横管：用d 代替 L
并且横管一般都处于层流状态
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
3 、了解内容： ①了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展
现状、动态。 ②蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流换
食品工程原理传热PPT课件
.
36
3、流体的流动状况：湍流的对流传热系数 比层流大得多。强制对流的对流传热系数比 自然对流大的多；
4、传热壁面的形状、位置及大小：形状如 管、板、翅片；位置如管束的排列方式、垂 直放置或水平放置；尺寸如管径、管长等。
.
37
（二）对流传热系数的特征数方程
通过量纲分析，对流传热过程的特征数关联 式可用下式表示：
.
20
（二）多层平壁的稳态导热
如图所示：以三层平壁为例
➢假定各层壁的厚度分别为δ1，
δ2，δ3，各层材质均匀，热导率
Q
分别为λ1，λ2，λ3，皆视为常数； b1 b2 b3
➢层与层之间接触良好，相互接 t
触的表面上温度相等，各等温面 亦皆为垂直于x轴的平行平面。
t1 t2 t3
➢壁 的 面 积 为 A， 在 稳 定 导 热 过
.
δ
19
根据傅立叶定律
对稳态导热，q为常量，分离变量后积分，积分
边界条件：当x=0时，t= t1；x=δ 时，t= t2，
Q φ A(t1t2)t1t2
t R
Δt=t1-t2 为 导 热 的 推 动 力 而 R=δ/λA 则 为 导 热 的 热
A
阻
结论：热传导距离越小，材料导热系数越大 ，导热面积越大，则热阻越小，当传热推动 力一定时，热流量越大。
第五章 传 热
.
1
第一节 概述
.
2
一、传热及在食品工程中的应用
• 1、传热：因温度差的存在而产生的能量传递。 • 2、传热在食品工程中的应用 • （1）食品的加热或冷却 • 食品加工中的加热灭菌过程、冷冻降温过程以
及某些单元操作（如蒸馏、蒸发、干燥、结晶等） 需传热，要求传热速度越快越好。 • （2）回收热量或冷量，节约能源。 • （3）保温或保冷：要求传热速度越慢越好，如冰 箱冷藏食品或保温。
3.3 沸腾传热
最小膜态沸腾点和过渡沸腾工况
最小膜态沸腾点D：在降低壁面热流密度时， 可以发生从膜态沸腾向泡核沸腾的直接转变， 该转变点叫最小膜态沸腾点D。它是稳定膜态 沸腾的低限，相应于连续汽膜的破坏和液-固接 触的开始点。膜态最低热流密度qmin。
过渡沸腾工况CD：汽液交替覆盖加热表面，表 现出瞬态变化的传热特性，因此是一种不稳定 工况。其特点是随壁面过热度的升高，热流密 度反而下降。
➢ 沸腾起始点(ONB)的判别:
如图，当加热面的温度小于流
体在该特定位置的饱和温度，
即 t w t s 时，是不会产生沸
腾的，显然产生沸腾的下限为
：
ts tw
∵
tw
tf
z
q h
t
f
(z)
4zq Gcp D
t
f
,in
∴
ts
q
4z Gcp D
垂直管内对流沸腾的流型和传 热工况（低q）
A：单相液体对 流 B：欠热泡核沸 腾 C+D：饱和泡 核沸腾 E+F：通过液膜 的强制对流蒸 发传热 G：缺液区传热 H：单相蒸汽对 流传热
高热流密度下的对流沸腾的流 型和传热工况
DNB-偏离泡核沸腾：在很高热流 密度下,当气泡产生的频率高到在 汽泡脱离壁面之前就形成了汽膜 时，就发生偏离泡核沸腾(即 DNB型CHF)。
1
h
t f ,in
过冷沸腾中壁面温度和液体温度的分布
➢ 沸腾起始点(ONB)的判别:
对于：ts
q
4z Gcp D
1
h
传热学第七章凝结与沸腾换热课件
dp dx
0
u
x
v y
0
l (u
u x
v
u y
)
dp dx
l g
l
2u y 2
u
t x
v
t y
al
2t y 2
考虑（5） 膜内温度线性分布，即热量转移只有导热
u t v t 0 x y
7
只有u 和 t 两个未知量，于 是，上面得方程组化简为：
l g
l
2u y 2
0
al
2t y 2
0
26
为此，书中分别推荐了两个计算式 （1）对于水的大容器饱和核态沸腾，教材推荐适用米海
耶夫公式，压力范围：105～4106 Pa
h C1t 2.33 p0.5 C1 0.122 W (m N 0.5 K 3.33)
按 q ht
h C2q0.7 p0.15
C2 0.533W 0.3 (m0.3 N 0.15 K)
第六章我们分析了无相变的对流换热，包括强制对 流换热和自然对流换热 下面我们即将遇到的是有相变的对流换热，也称之为 相变换热，目前涉及的是凝结换热和沸腾换热两种。 相变换热的特点：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，因此，目前，工程 上也只能助于经验公式和实验关联式。
1
7-1 凝结换热
17
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。
18
7. 凝结表面的几何形状
❖ 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。
第7章凝结与沸腾换热-42页文档资料
根据微分方程及边界条件求得液膜厚度、液膜内的 速度场和温度场，再根据导热方程和牛顿冷却公式 得出表面换热系数的理论解。
2019/12/28
52-12
计算结果：
液膜厚度：
4llg(tsl2rtw)x1/4
r－潜热
局部表面传热系数：
hx 4lg(trs l2t3lw)x1/4
dp dx
dp dxv
vg
2019/12/28
52-10
u v 0 x y
dpdp dx dxv
vg
（ l u u xv u y)lgd d p xl y 2u 2
ut vt x y
al
2t y2
假设7：液膜内只有导热，无对流 未知量两个：u，t。故只需两个方程。
52-14
定性温度： tm(tstw)/2 潜热定性温度：ts
当其它条件相同时，横管与竖壁的平均表面传热 系数比值为：
hH 0.729l(gtsrl2tw3l)d1/4 hV 0.943lg(tsrl2tw3l)l1/4
hH 0.77 l 1/4
0
g 动量方程： （ l u u xv u y)lgd d p xl y 2u 2
tw
t 能量方程：
ut vt x y
al
2t y2
ts
x
假设5：液膜速度很低，忽略其惯性力
dp/dx为液膜在x方向压力梯度，等于y＝处蒸汽侧压力
梯度( dp/dx)v： 假设4：蒸汽静止。
蒸汽流速高
4 蒸汽流速
蒸汽流速将对液膜表面产生剪切力和冲击作用，从而 影响液膜状态：厚度、稳定性、形状等。
例如：撕破或减薄液膜可增加h
2019/12/28
2019/12/28
52-12
计算结果：
液膜厚度：
4llg(tsl2rtw)x1/4
r－潜热
局部表面传热系数：
hx 4lg(trs l2t3lw)x1/4
dp dx
dp dxv
vg
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52-10
u v 0 x y
dpdp dx dxv
vg
（ l u u xv u y)lgd d p xl y 2u 2
ut vt x y
al
2t y2
假设7：液膜内只有导热，无对流 未知量两个：u，t。故只需两个方程。
52-14
定性温度： tm(tstw)/2 潜热定性温度：ts
当其它条件相同时，横管与竖壁的平均表面传热 系数比值为：
hH 0.729l(gtsrl2tw3l)d1/4 hV 0.943lg(tsrl2tw3l)l1/4
hH 0.77 l 1/4
0
g 动量方程： （ l u u xv u y)lgd d p xl y 2u 2
tw
t 能量方程：
ut vt x y
al
2t y2
ts
x
假设5：液膜速度很低，忽略其惯性力
dp/dx为液膜在x方向压力梯度，等于y＝处蒸汽侧压力
梯度( dp/dx)v： 假设4：蒸汽静止。
蒸汽流速高
4 蒸汽流速
蒸汽流速将对液膜表面产生剪切力和冲击作用，从而 影响液膜状态：厚度、稳定性、形状等。
例如：撕破或减薄液膜可增加h
2019/12/28
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影响池式沸腾的因素
系统压力 主流液体的温度（或欠热度）：欠热度对传热
强度影响很小，但对qc有显著影响，qc随欠热 度的增加而升高。 加热表面粗糙度：壁表面越粗糙，泡化空穴越 大，使泡核沸腾传热增强； 壁面方位和尺寸。 其他如液-壁接触角和液体中含不凝气体等
控制热流密度加热时大空间 饱和沸腾换热的烧毁点：
临界热流密度
C点--临界热流密度点（CHF）：标志着泡核沸 腾的上限。在C点之后由于部分加热表面被整 齐覆盖而使传热减弱。或者可能因为q的稍微 增加而导致壁温骤然增加（近1000℃），将可 能导致壁面烧毁。因此qmax亦称为烧毁点。
两种机理：1、汽泡合并；2、流体动力学不稳 定性（造成的结果都是蒸汽覆盖表面而传热恶 化）
随着q的增加，在 加热面上产生气泡， 但很快在跃离壁面 之前就被冷凝了， 在热边界层引起微 量的对流
当液体温度接近ts 时，气泡在加热面 上长大并跃离壁面， 它们升向自由表面 的过程中，被冷液 体所冷凝
当液体达到饱和温 度时，气泡将不再 在液体中凝结，而 是上升到自由表面
两种临界热流密度点（CHF）工况
TW TW TS TSUBTS Tf
大容积沸腾传热
定义:浸没在池内（大容积内）原来静止 （或流速很低）液体内的受热面上产生的 沸腾。又称池式沸腾。
当池内液体整体温度比系统压力下的饱和温度 低时的沸腾叫欠热沸腾；当池内液体处在与系 统压力相应的饱和温度时的沸腾叫饱和沸腾
饱和沸腾： tf ts，twts
，G是给定的，故易算出通道壁面温度超过液体饱和温度的起
in
➢ 当壁面温度超过饱和温度时，不会立即就形成稳定 的过冷沸腾
在液体的单相对流区与 充分发展的过冷区之间 存在一个“部分沸腾” 区
部分沸腾区：由较少汽泡发源点构 成，大部分热量是通过单相对流方 式由汽泡间的壁面向流体进行传递， 故并入液体的单相区
临界热流密度工况是指传热机理正好发生变化 而使传热系数突然下降的状态。临界热流密度 （CHF）则指在该工况下的热流密度值。
偏离泡核沸腾工况（DNB）：在高热流密度下，由 泡核沸腾直接向膜态沸腾的转变，后果是烧毁。
蒸干(dry out)：在低热流密度和高含汽率的环流流 动区，附壁液膜会因蒸干或撕破等原因而消失，从 而导致壁面干涸。蒸干时的热流密度远低于实际烧 毁的热流密度。壁温上升不很剧烈，一般不会使壁 面烧毁。
稳定膜态沸腾（DEF）
机理：一层连续的蒸汽膜覆盖在加热表面上， 热量的传递主要通过这层蒸汽膜的导热、对流 和热辐射，蒸汽以汽泡的形式从汽膜中逸出。 主要热阻局限在这层汽膜中。壁面与液体之间 的温差非常大，液体不能接触壁面，以维持汽 膜的稳定。
膜态沸腾换热系数比核态小得多，高热流你读 下燃料包壳的温度必升得很高，因此反应堆正 常运行时不允许发生膜态沸腾。
随着q的增加，在 加热面上产生气泡， 但很快在跃离壁面 之前就被冷凝了， 在热边界层引起微 量的对流
当液体温度接近ts 时，气泡在加热面 上长大并跃离壁面， 它们升向自由表面 的过程中，被冷液 体所冷凝
当液体达到饱和温 度时，气泡将不再 在液体中凝结，而 是上升到自由表面
核态沸腾传热
q
当液体温度远小于 ts时，在ONB上没 有明显可见的气泡, 只有热的液体从过 热边界层流到冷的 液体中去
自然对流区（A点以
前）：
N u0.1(4G•rP1 r/3)
•泡核沸腾区（ABC）： 主要的传热机理：
1. 汽化潜热传热
2. 汽-液置换
3. 微对流
水的泡核 沸腾经验 关系式
TW TS 25(1q06)0.25exp(p/6.2) TW TS 22.65(1q06)0.5exp(p/8.7)
泡核沸腾进一步解释
随着（tw-ts)的增加，加热面上生成的汽泡也随之增多， 汽泡在层流底层运动，产生很大的扰动，使换热显著 增加，这就是泡核沸腾。
泡核沸腾传热经验关系式
TW TS 25(1q06)0.25exp(p/6.2) TW TS 22.65(1q06)0.5exp(p/8.7)
过冷度（欠热度）
过冷沸腾换热系数比单相水的对流换热系数高的主要 原因是气泡扰动了边界层。当过冷度较大时，水流温 度比较低，汽泡还来不及冲破边界层就已经凝结了， 这是汽泡对边界层的扰动不是很强烈，所以换热系数 提高的并不多。过冷度减小到水温就越接近于饱和温 度，汽泡就越不容易凝结成水，它走的距离就越大， 对边界层的破坏作用就越大，因而放热系数大大增加。 但过冷度小到一定程度，汽泡已经能够冲破边界层厚 度，这时即使再减小过冷度，放热系数也不会再提高 了，因为对流换热的热阻主要集中在热边界层内，湍 流中心区的扰动本来就很强烈，小汽泡的扰动作用在 那里是微不足道的，并且小汽泡一进入主流核心区就 凝结掉了
流动沸腾
流动沸腾： 管内沸腾比大空间沸腾更为复杂，因为它的沸腾工况不 仅与压力、热通量有关；而且还受到流体的流速、流体中 每一管道截面上的蒸汽含量的影响。对这方面的了解还不 够，这里仅能在大空间沸腾研究的基础上对管内流动沸腾 加以概括介绍。 在较低热流密度时，流动沸腾的六种形式：单相对流传热、 欠热泡核沸腾、饱和泡核沸腾、通过液膜的强制对流蒸发 传热、缺液区传热和单相蒸汽对流传热。 在较高热流密度时，当汽泡产生的频率高到在汽泡脱离壁 面之前就形成汽膜时，就发生偏离泡核沸腾（即DNB型 CHF)。在DNB后是反环状流型，相应的传热工况为膜态沸 腾。
最小膜态沸腾点和过渡沸腾工况
最小膜态沸腾点D：在降低壁面热流密度时， 可以发生从膜态沸腾向泡核沸腾的直接转变， 该转变点叫最小膜态沸腾点D。它是稳定膜态 沸腾的低限，相应于连续汽膜的破坏和液-固接 触的开始点。膜态最低热流密度qmin。
过渡沸腾工况CD：汽液交替覆盖加热表面，表 现出瞬态变化的传热特性，因此是一种不稳定 工况。其特点是随壁面过热度的升高，热流密 度反而下降。
垂直管内对流沸腾的流型和传 热工况（低q）
A：单相液体对 流 B：欠热泡核沸 腾 C+D：饱和泡 核沸腾 E+F：通过液膜 的强制对流蒸 发传热 G：缺液区传热 H：单相蒸汽对 流传热
高热流密度下的对流沸腾的流 型和传热工况
DNB-偏离泡核沸腾：在很高热流 密度下,当气泡产生的频率高到在 汽泡脱离壁面之前就形成了汽膜 时，就发生偏离泡核沸腾(即 DNB型CHF)。
在水冷核反应堆的某些事故规程中,堆芯内燃料元件外表 面可能经历欠热泡核沸腾、饱和泡核沸腾、强迫对流蒸 发、临界对流蒸发、临界热流密度、过渡沸腾和膜态沸 腾等一系列沸腾传热工况。
两种基本的沸腾型式：大容积沸腾和流动沸腾
两个定义：壁面过热度和欠热度
壁面过热度：壁 面温度与饱和温 度之差
欠热度：饱和温 度与主流流体温 度之差
曲线
A-B
B-C
C-D
D-E
名称
对流沸腾
泡态沸腾
过渡态沸腾
膜态沸腾
tw-ts
<5℃
5℃～30℃ 30℃～120℃
>120℃
现象 热流密度
气泡微小，附 气泡不断产
着于壁面不能 生、长大、
浮升
浮升、逸出
很小
急剧增大
气泡太多形成气 膜，阻碍传热
下降
形成稳定气膜， 与壁面辐射换 热量显著增加
回升
各区传热机理和传热关系式
对于：ts
qG4cpzD1htf
,in
令：tstf,intsub in
则得：
tsub in
4z 1 q
GcpD h
凡满足上式的都落入图中A区，在这个区域内不会产生任何气泡
随着距离z的增加，斜率减小；而质量流密度G、通道直径D或换热系数的增 加，斜率则增大
通常q，Δ
始点
t
sub
随着q的增加，在 加热面上产生气泡， 但很快在跃离壁面 之前就被冷凝了， 在热边界层引起微 量的对流
当液体温度接近ts 时，气泡在加热面 上长大并跃离壁面， 它们升向自由表面 的过程中，被冷液 体所冷凝
当液体达到饱和温 度时，气泡将不再 在液体中凝结，而 是上升到自由表面
核态沸腾传热
q
当液体温度远小于 ts时，在ONB上没 有明显可见的气泡, 只有热的液体从过 热边界层流到冷的 液体中去
水平管内沸腾
液
泡
块
波
环
气
相
状
状
浪
状
相
单
流
流
流
流
单
相
相
流
流
汽水分层，管上半部局部换热较差
三个点
泡核沸腾起始点（ONB）(同时 满足单相对流传热方程和泡核 沸腾传热方程）
汽泡脱离加热壁面点（FDB） （净蒸气产生开始点）
热平衡饱和沸腾起始点：流体 平均温度上升到当地压力下的 饱和温度的点，或者流体比焓 上升到当地压力下的饱和液体 的比焓的点。
DNB的含义是偏离泡核沸腾 (Departure from Nucleate Boiling)，它表示由泡核沸腾 （欠热泡核沸腾或低含汽率饱和 泡核沸腾）直接进入稳定膜态沸 腾的转变。
在DNB之前是欠热泡核沸腾或饱 和泡核沸腾,在DNB之后时反环状 流(膜态沸腾工况)
核态沸腾传热
q
当液体温度远小于 ts时，在ONB上没 有明显可见的气泡, 只有热的液体从过 热边界层流到冷的 液体中去
过冷沸腾： tf ts，twts
大空间饱和沸腾 过程的四个阶段： （控制壁温加热）
对流沸腾 过渡态沸腾
泡态沸腾 膜态沸腾
大容积沸腾传热
大容器饱和沸腾曲 线（左图）：
A点前：自然对流区； AB-核态（微弱）沸腾 BC-泡核沸腾 CD-过渡沸腾 DE和EF-稳定膜态沸
腾
大空间饱和沸腾过程的四个阶段 （控制壁温加热）
随着q的增加，在 加热面上产生气泡， 但很快在跃离壁面 之前就被冷凝了， 在热边界层引起微 量的对流