第七章 相变传热7-1
- 格式:ppt
- 大小:982.50 KB
- 文档页数:30
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。
习 题 七 及 答 案一、问答题7-1. Rankine 循环与卡诺循环有何区别与联系? 实际动力循环为什么不采用卡诺循环?答:两种循环都是由四步组成,二个等压过程和二个等熵(可逆绝热)过程完成一个循环。
但卡诺循环的二个等压过程是等温的,全过程完全可逆;Rankine 循环的二个等压过程变温,全过程只有二个等熵过程可逆。
卡诺循环中压缩机压缩的是湿蒸汽,因气蚀损坏压缩机;且绝热可逆过程难于实现。
因此,实际动力循环不采用卡诺循环。
7-2. Rankine 循环的缺点是什么? 如何对其进行改进?答:Rankine 循环的吸热温度比高温燃气温度低很多,热效率低下,传热损失极大。
可通过:提高蒸汽的平均吸热温度、提高蒸汽的平均压力及降低乏汽的压力等方法进行改进。
7-3.影响循环热效率的因素有哪些?如何分析?答:影响循环热效率的因素有工质的温度、压力等。
具体可利用下式1L HT T η=- 分析确定哪些因素会改变L H T T 或,从而得到进一步工作的方案。
7-4.蒸汽动力循环中,若将膨胀做功后的乏气直接送人锅炉中使之吸热变为新蒸汽,从而避免在冷凝器中放热,不是可大大提高热效率吗? 这种想法对否? 为什么?答:不合理。
蒸汽动力循环以水为工质,只有在高压下才能提高水温;乏汽的压力过低,不能直接变成高压蒸汽。
与压缩水相比较,压缩蒸汽消耗的工太大,不仅不会提高热效率,反而会大大降低热效率。
7-5.蒸气压缩制冷循环与逆向卡诺循环有何区别与联系? 实际制冷循环为什么不采用逆向卡诺循环?答:两种循环都是由四步组成,二个等压过程和二个等熵(可逆绝热)过程完成一次循环。
但逆向卡诺循环的二个等压过程是等温的,全过程完全可逆;蒸气压缩制冷循环的二个等压过程变温,全过程只有二个等熵过程可逆。
Carnot 制冷循环在实际应用中是有困难的,因为在湿蒸汽区域压缩和膨胀会在压缩机和膨胀机汽缸中形成液滴,造成“汽蚀”现象,容易损坏机器;同时压缩机汽缸里液滴的迅速蒸发会使压缩机的容积效率降低。
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%。