第六章凝结与沸腾换热

润滑油在制冷系统中分别对制冷剂凝结换热和沸腾换热及流动性能的影响1、润滑油在制冷系统中的作用是：1 使制冷压缩机互相摩擦的表面完全被油膜隔开，以降低摩擦表面的磨损、摩擦阻力及摩擦热，提高压缩机的机械效率，使其零件耐用可靠。

2 带走摩擦热量，使摩擦零件的温度保持在允许范围内。

3 润滑油充满在密封机构的间隙中，避免制冷剂泄露，提高压缩机的输气系数。

4 不断的冲洗金属表面，带走磨屑，保持零件表面光洁度，减轻磨损，提高压缩机的稳定性。

2、润滑油对制冷剂沸腾换热的影响（以含油制冷剂 R290为例）润滑油可以看成是一种高沸点组分，加入到制冷剂中后，混合物的沸点将升高。

通过文献资料获得R290－Suniso3GS ，油混合物置于相同的蒸发温度下，在三组不同含油浓度下(0.43﹪、3.24﹪、5.28﹪)，在水平微肋管内流动沸腾换热的实验结果。

并将相同蒸发温度下，不同含油率下的平均沸腾换热系数进行了比较，以此来说明润滑油的加入对平均沸腾换热系数的影响。

如图：从这些图中我们可以总结出以下的规律：(1) 随质量流率的增加，沸腾平均换热系数增加。

例如在含油浓度为 0.43﹪，蒸发温度-5℃，质量流率约为80 kg /m·s2时，沸腾平均换热系数2300 wk/m2·k，而质量流率为 197 kg /m·s2时，沸腾平均换热系数约 3500 wk/m2·k。

(2) 不同含油浓度下，沸腾平均换热系数随着含油率的增加而降低。

沸腾温度为-5℃时，R290 含油混合物质量流率为 80 kg /m·s2，含油率为 0.43﹪时沸腾平均换热系数约为 2200 wk/m2·k，而含油率为 5.28﹪时，沸腾平均换热系数约为 1550 wk/m2·k。

含油率为 5.28﹪时不同质量流率下的沸腾平均换热系数约比 0.43﹪时降低 15﹪-30﹪。

(3) 同一含油率下，平均换热系数随质量流率的增加而增加。

沸腾换热计算式沸腾换热计算式(1)大容器饱和核态沸腾前面的分析表明，影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数，而汽化核心数又受到墨面材料及其表面状况、压力和物性的影响。

由于因素比较复杂，如墨面的表面状况受表面污染、氧化等影响而有不同，文献中提出的计算式分歧较大。

在此仅介绍两种类型的计算式：一种是针对某一种液体的；另一种是广泛适用于各种液体的。

当然，针对性强的计算式精确度往往较高。

对于水,米海耶夫推荐的在105～4×106Pa压力下大容器饱和沸腾的计算式为(3-4)按q=h△t的关系,上式也可转换成(3-5)以上两式中 h:沸腾换热表面传热系数,W/(m2·K)p:沸腾绝对压力,Pa;△t:壁面过热度,℃;q:热流密度,W/m2。

基于核态沸腾换热主要是气泡高度扰动的强制对流换热的设想,推荐以下使用性光的实验关联式:(3-6)式中 c pl:饱和液体的比定压热容,J/(kg·K);C wl:取决于加热表面-液体组合情况的经验常数;r:汽化潜热,J/kg;g:重力加速度,m/s2;Pr l:饱和液体的普朗数,Pr l=c plμl/k l;μl:饱和液体的动力粘度,kg/(m·s);ρl、ρv:饱和液体和饱和蒸汽的密度,kg/m3;γ:液体-蒸汽截面的表面张力,N/m;s:经验指数,对于水s=1,对于其他液体s=1.7。

由实验确定的C wl值见表3-1。

表面-液体组合情况C wl水-铜烧焦的铜0.0068抛光的铜0.0130水-黄铜0.0060水-铂0.0130水-不锈钢磨光并抛光的不锈0.0060钢化学腐蚀的不锈钢0.0130机械抛光的不锈钢0.0130苯-铬0.101乙醇-铬0.0027表3-1 各种表面-液体组合情况的C wl值图3-5 铂丝加热水的沸腾换热实验数据的整理水在不同压力下沸腾的实验数据与式(3-6)的比较见图3-5。

式(3-6)还可以改写成为以下便于计算的形式:(3-7)这里要着重指出两点：1）式（3-6）实际上也是形如Nu=f（Re，Pr）或St=f（Re，Pr）的主则式。

传热学课程教学大纲、基本情况(5) 了解导热问题数值解法的指导思想，掌握有限差分法的基本原理、节点温度差分方程的建立方法、节点温度差分方程组的求解方法及非稳态导热问题的数值解法。

(6) 掌握对流换热的基本计算公式：牛顿冷却公式，了解对流换热的影响因素及流换热的求解方法。

(7) 掌握对流换热的数学描述、边界层理论的主要内容及其对求解对流换热问题的作用与边界层微分方程，了解外掠平板层流换热分析求解方法，掌握对流换热特征数表达式及其物理意义。

(8) 掌握相似原理的主要内容及相似原理指导下的实验研究方法、会利用有关实验关联式计算单相流体内部流动及外部流动强迫对流换热，掌握自然对流换热的特点、数学描述，会利用有关实验关联式计算自然对流换热冋题。

(9) 了解凝结换热现象的特点，掌握膜状凝结换热的分析求解方法，了解影响膜状凝结换热的主要因素，会利用有关实验关联式计算凝结换热问题；了解沸腾换热现象的特点、沸腾换热的机理及影响沸腾换热的主要因素，会利用有关实验关联式计算沸腾换热问题。

(10) 掌握热辐射的基本概念、黑体辐射的基本定律、实际物体的辐射特性及基尔霍夫定律。

(11) 掌握角系数的定义及计算方法，掌握黑体和灰体表面组成的封闭空腔内辐射换热的计算方法，辐射换热的强化与削弱方法。

(12) 了解体辐射的特点、气体与包壳间辐射换热的计算方法、太阳辐射的特点。

(13) 掌握肋壁传热的计算方法，了解传热的强化与削弱方法。

(14) 了解换热器的类型与构造，掌握换热器热计算的对数平均温差法和效能-传热单元数法。

(15) 通过自学与调研熟悉了解有关太阳能利用、热管工作原理及其应用、传质过程以及传热学在现代科学技术领域中的应用等几个传热学专题七、教学日历（授课内容详细至二级标题，实验课、讨论课写出题目或主题）八、实验：4个实验（1）圆球法测量材料导热系数实验；（2）非稳态平面热源法测量材料的导热系数与导温系数实验;（3）强制对流换热与自然对流换热实验；（4）固体表面黑度的测量实验。

传热学第一章、绪论1.导热：物体的各个部分之间不发生相对位移时，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导，简称导热。

2.热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量。

3.热流密度：通过单位面积的热流量称为热流密度。

4.热对流：由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。

5.对流传热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程。

6.热辐射：因热的原因而发出的辐射的想象称为热辐射。

7.传热系数：传热系数树枝上等于冷热流体见温差℃1=∆t ，传热面积21m A =时的热流量值，是表征传热过程强度的标尺。

8.传热过程：我们将热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。

第二章、导热基本定律及稳态导热1.温度场：各个时刻物体中各点温度所组成的集合，又称为温度分布。

2.等温面：温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面。

3.傅里叶定律的文字表达：在导热过程中，单位时间内通过给定截面积的导热量，正比于垂直该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量的传递方向则与温度升高的方向相反。

4.热流线：热流线是一组与等温面处处垂直的的曲线，通过平面上人一点的热流线与改点热流密度矢量相切。

5.内热源：内热源值表示在单位时间内单位体积中产生或消耗的热量。

6.第一类边界条件：规定了边界点上的温度值。

第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。

.第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度ft 7.热扩散率a ：ca ρλ=，a 越大，表示物体内部温度扯平的能力越大；a 越大，表示材料中温度变化传播的越迅速。

8.肋片：肋片是依附于基础表面上的扩展表面。

第三章、非稳态导热1.非稳态导热：物体的温度随时间的变化而变化的导热过程称为非稳态导热。

2.非正规状况阶段：温度分布主要受出事温度分布的控制，称为非稳态导热。

沸腾换热的重要特征
沸腾换热是一种在液体与固体或液体与气体之间进行热传递的现象。

它具有以下重要特征：
1. 高传热系数：沸腾换热过程中，由于液体物质的剧烈搅动和蒸汽形成的泡沫层的存在，使得传热系数大幅提高，比传统的对流换热方式高几个数量级。

2. 均匀的温度分布：沸腾换热能够实现热量在液体中均匀分布，从而减小局部热应力，确保传热表面温度均匀。

3. 高热传递功率密度：由于沸腾时产生的大量蒸汽可以带走更多的热量，因此沸腾换热可以实现高热传递功率密度，适用于需要高能量密度的热传递应用。

4. 自冷却效应：沸腾换热过程中，蒸汽的生成会使得换热表面自行冷却，从而提高了换热效率和系统的稳定性。

5. 抗污积效应：沸腾过程中，蒸汽泡沫的形成和运动可以将表面附着物冲刷掉，从而减少了换热表面的污积，提高了换热效率和长期稳定性。

总之，沸腾换热具有高传热系数、均匀温度分布、高热传递功率密度、自冷却效应和抗污积效应等重要特征，使其在许多工业和科学领域得到广泛应用。

常用的相似准则数：①努谢尔特：Nu=aL/λ分子是实际壁面处的温度变化率，分母是原为l的流体层导热机理引起的温度变化率反应实际传热量与导热分子扩散热量传递的比较。

Nu大小表明对流换热强度。

②雷诺准则Re=WL/V Re大小反映了流体惯性力和粘性力相对大小。

Re是判断流态的。

③格拉小夫准则Gr=gβ△tL³/V² Gr的大小表明浮升力和粘性力的的相对大小，Gr表明自然流动状态兑换热的影响。

④普朗特准则： Pr=V/a Pr表明动量扩散率与热量扩散率的相对大小。

辐射换热时的角系数：①相对性②完整性③可加性热交换器通常分为三类：间壁式、混合式和回热式，按传热表面的结构形式分为管式和板式间壁式热交换器按两种流体相互间的流动方向热交换器分为分为顺流，逆流，交叉流。

导温系数α也称为热扩散系数或热扩散率，它象征着物体在被加热或冷却是其内部各点温度趋于均匀一致的能力。

Α大的物体被加热时，各处温度能较快的趋于一致。

传热学考研总结1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法3临界热通量：又称为临界热流密度，是大容器饱和沸腾中的热流密度的峰值4效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比5对流换热是怎样的过程，热量如何传递的？对流换热：指流体各部分之间发生宏观运动产生的热量传递与流体内部分子导热引起的热量传递联合作用的结果。

对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。

对流两大类：自然对流（不依靠泵或风机等外力作用，由于流体内部密度差引起的流动）与强制对流（依靠泵或风机等外力作用引起的流体宏观流动）。

影响换热系数因素：流体的物性，换热表面的形状与布置，流速，流动起因（自然、强制），流动状态（层流、湍流），有无相变。

6何谓凝结换热和沸腾换热，影响凝结换热和沸腾换热的因素？蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热传递给壁面的过程称为凝结过程。