传热学第七章精.ppt
《传热学第七章精.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传热学第七章精.ppt(40页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、传热学第七章第1页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热2第五章我们分析了无相变的对流换热,包括强制对流换热第五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,也称之为相变换热相变换热,目前涉及的是目前涉及的是凝结凝结换热和换热和沸腾沸腾换热两种。换热两种。相变换热的相变换热的特点特点:由于有潜热释放和相变过程的复杂性,: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。经验公式和
2、实验关联式。第2页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热36-1 6-1 凝结换热凝结换热凝结换热的凝结换热的关键点关键点凝结可能以不同的形式发生,膜状凝结和珠状凝结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,及会分析竖壁和横管的换热过程,及NusseltNusselt膜状凝结理论膜状凝结理论凝结换热实例凝结换热实例 锅炉中的水冷壁锅炉中的水冷壁 寒冷冬天窗户上的冰花寒冷冬天窗户上
3、的冰花 许多其他的工业应用过程许多其他的工业应用过程为什么会产生凝结现象?第3页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热4凝结换热中的重要参数凝结换热中的重要参数 蒸汽的饱和温度与壁面温度之差(蒸汽的饱和温度与壁面温度之差(t ts s-t-tw w)汽化潜热汽化潜热 r r 特征尺度特征尺度 其他标准的热物理性质,如动力粘度、导热系其他标准的热物理性质,如动力粘度、导热系 数、比热容等数、比热容等第4页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热51 凝结过程凝结过程 膜状凝结膜状凝结沿整个壁面形成一层薄膜,并且在重力的作用下沿整个壁面形成一层薄膜,并且在重力的作用下流动,凝结放出的汽化潜热必须通过
4、液膜,因此,流动,凝结放出的汽化潜热必须通过液膜,因此,液膜厚度直接影响了热量传递。液膜厚度直接影响了热量传递。珠状凝结珠状凝结当凝结液体不能很好的浸润壁面时,则在壁面上形成许当凝结液体不能很好的浸润壁面时,则在壁面上形成许多小液珠,此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触,因此,多小液珠,此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触,因此,换热速率远大于膜状凝结(可能大几倍,甚至一个数量换热速率远大于膜状凝结(可能大几倍,甚至一个数量级)级)gg第5页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热6虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结,但可惜的是,珠状凝结很难保虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结,但可惜的是,珠状凝结很难保持,因
5、此,大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结,因此,持,因此,大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结,因此,教材中只简单介绍了珠状凝结教材中只简单介绍了珠状凝结2 2 纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热的分析纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热的分析1916年,年,Nusselt提出的简单膜状凝结换热分析是近代膜状凝提出的简单膜状凝结换热分析是近代膜状凝结理论和传热分析的基础。自结理论和传热分析的基础。自1916年以来,各种修正或发展都年以来,各种修正或发展都是针对是针对Nusselt分析的限制性假设而进行的,并形成了各种实用分析的限制性假设而进行的,并形成了各种实用的计算方法。所以,我们首先得了解的
6、计算方法。所以,我们首先得了解Nusselt对纯净饱和蒸汽膜状对纯净饱和蒸汽膜状凝结换热的分析。凝结换热的分析。假定假定:1)常物性;)常物性;2)蒸气静止;)蒸气静止;3)液膜的惯性力忽略;)液膜的惯性力忽略;4)气液)气液界面上无温差,即液膜温度等于饱和温度;界面上无温差,即液膜温度等于饱和温度;5)膜内温度线性分布,)膜内温度线性分布,即热量转移只有导热;即热量转移只有导热;6)液膜的过冷度忽略;)液膜的过冷度忽略;7)忽略蒸汽密度;)忽略蒸汽密度;8)液膜表面平整无波动)液膜表面平整无波动第6页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热7gt(y)u(y)Thermal boundary
7、layersVelocity boundary layers微元控制体边界层微分方程组:边界层微分方程组:对应于对应于p.211页页(5-15),(5-16),(5-17)下脚标下脚标 l 表示液相表示液相x第7页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热8考虑(考虑(3)液膜的惯性力忽略)液膜的惯性力忽略 考虑(考虑(5 5)膜内温度线性分布,即热量转移只有导热膜内温度线性分布,即热量转移只有导热 考虑(考虑(7 7)忽)忽略蒸汽密度略蒸汽密度只有只有u u 和和 t t 两个未知量,于是,两个未知量,于是,上面得方程组化简为:上面得方程组化简为:第8页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热9边
8、界条件:边界条件:求解上面方程可得:求解上面方程可得:(1)(1)液膜厚度液膜厚度定性温度:定性温度:注意:注意:r r 按按 t ts s 确定确定第9页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热10(2)(2)局部对流换热系数局部对流换热系数整个竖壁的平均表面传热系数整个竖壁的平均表面传热系数(3)(3)修正:修正:实验表明,由于液膜表面波动,凝结换热得到强实验表明,由于液膜表面波动,凝结换热得到强 化,因此,实验值比上述得理论值高化,因此,实验值比上述得理论值高2020左右左右修正后:修正后:定性温度:定性温度:注意:注意:r 按按 ts 确定确定第10页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换
9、热11时,惯性力项和液膜过冷度时,惯性力项和液膜过冷度的影响均可忽略。的影响均可忽略。对于对于倾斜壁倾斜壁,则用,则用 gsingsin 代替以上各式中的代替以上各式中的 g g 即可即可另外,除了对波动的修正外,其他假设也有人做了相关的另外,除了对波动的修正外,其他假设也有人做了相关的研究,如当研究,如当 并且,并且,(4)(4)水平圆管水平圆管努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结努塞尔的理论分析可推广到水平圆管及球表面上的层流膜状凝结式中:下标式中:下标“H”H”表示水平管,表示水平管,“S”S”表示球表示球;d;d 为水为水 平管或球的直径。平管或球的直径。定性温度与
10、前面的公式相同定性温度与前面的公式相同第11页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热12横管与竖管的对流换热系数之比:横管与竖管的对流换热系数之比:3 3 边界层内的流态边界层内的流态无波动层流无波动层流有波动层流有波动层流湍流湍流凝结液体流动也分层流和湍流,并且其判凝结液体流动也分层流和湍流,并且其判断依据仍然时断依据仍然时ReRe,式中:式中:u ul l 为为 x=lx=l 处液膜层的平均流速;处液膜层的平均流速;de de 为该截面处液膜层的当量直径。为该截面处液膜层的当量直径。第12页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热13如图如图由热平衡由热平衡所以所以对水平管,用对水平管,用
11、代替上式中的代替上式中的 即可。即可。并且横管一般都处于层流状态并且横管一般都处于层流状态第13页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热144 4 湍流膜状凝结换热湍流膜状凝结换热液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为液膜从层流转变为湍流的临界雷诺数可定为1600。横管因直径较小,。横管因直径较小,实践上均在层流范围。实践上均在层流范围。对湍流液膜,除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递热量外,对湍流液膜,除了靠近壁面的层流底层仍依靠导热来传递热量外,层流底层之外以湍流传递为主,换热大为增强层流底层之外以湍流传递为主,换热大为增强对对竖壁的湍流凝结换热竖壁的湍流凝结换热,其沿整个壁面的,其沿整
12、个壁面的平均表面传热系数平均表面传热系数计算式为:计算式为:式中:式中:hl 为层流段的传热系数;为层流段的传热系数;ht 为湍流段的传热系数;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为层流转变为湍流时转折点的高度 l 为竖壁的总高度为竖壁的总高度第14页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热15利用上面思想,整理的实验关联式:利用上面思想,整理的实验关联式:式中:式中:。除。除 用壁温用壁温 计算外,其余物理量的定性温度均为计算外,其余物理量的定性温度均为第15页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热166-3 6-3 影响膜状凝结的因素影响膜状凝结的因素 工工程程实实际际中
13、中所所发发生生的的膜膜状状凝凝结结过过程程往往往往比比较较复复杂杂,受受各各种种因因素素的的影响。影响。1.1.不凝结气体不凝结气体 不凝结气体增加了传递过程的阻力,同时使饱和温度下不凝结气体增加了传递过程的阻力,同时使饱和温度下 降,减小了凝结的驱动力降,减小了凝结的驱动力2.2.蒸气流速蒸气流速 流速较高时,蒸气流对液膜表面产生明显的粘滞应力。流速较高时,蒸气流对液膜表面产生明显的粘滞应力。如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时,使液膜拉薄,如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时,使液膜拉薄,增大;反之使增大;反之使 减小。减小。第16页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热17 4.4.液膜过冷
14、度及温度分布的非线性液膜过冷度及温度分布的非线性 如果考虑过冷度及温度分布的实际情况,要用下式代替如果考虑过冷度及温度分布的实际情况,要用下式代替 计算公式中的计算公式中的 ,5.5.管子排数管子排数 管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。管束的几何布置、流体物性都会影响凝结换热。前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管。3.3.过热蒸气过热蒸气 要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。要考虑过热蒸气与饱和液的焓差。第17页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热18 6.6.管内冷凝管内冷凝 此时换热与蒸气的流速关系很大。此时换热与蒸气的流速关系很大
15、。蒸气流速低蒸气流速低时,凝结液主要在管子底部,蒸气则位于时,凝结液主要在管子底部,蒸气则位于 管子上半部。管子上半部。流速较高流速较高时,形成环状流动,凝结液均匀分布在管子时,形成环状流动,凝结液均匀分布在管子 四周,中心为蒸气核。四周,中心为蒸气核。第18页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热19 7.凝结表面的几何形状凝结表面的几何形状v强强化化凝凝结结换换热热的的原原则则是是尽尽量量减减薄薄粘粘滞滞在在换换热热表表面面上上的液膜的厚度。的液膜的厚度。v可用各种带有尖峰可用各种带有尖峰 的表面使在其上冷的表面使在其上冷 凝的液膜拉薄,或凝的液膜拉薄,或 者使已凝结的液体者使已凝结的液体
16、 尽快从换热表面上尽快从换热表面上 排泄掉。排泄掉。第19页,本讲稿共40页第六章 凝结与沸腾换热206-4 沸腾换热现象沸腾换热现象v 蒸汽锅炉蒸汽锅炉v 烧水,做饭烧水,做饭v 许多其它的工业过程许多其它的工业过程1 生活中的例子生活中的例子2定义定义:a 沸腾:沸腾:工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种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剧烈的汽化过程 b 沸腾换热:沸腾换热:指工质通过气泡运动带走热量,并使其冷却的指工质通过气泡运动带走热量,并使其冷却的一种传热方式一种传热方式3 分类分类:沸腾的分类很多,书中仅介绍了常见的沸腾的分类很多,书中仅介绍了常见
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传热学 第七
限制150内