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1、2023/3/30,1,第五章 管道中强制对流沸腾换热强制传热技术,5.1 概述,管式蒸发器,蒸馏器,核反应堆,2023/3/30,2,1.特点（1）沸腾换热和对流换热一起发生，换热机理复杂；（2）气泡脱离直径减小，气泡的脱离频率增高，气泡 表面变形；（3）沸腾流体沿着受热管道流动时，液体吸热不断蒸 发，汽液混合物中的含汽率、流速和流动结构都 沿流程不断发生变化，将影响气泡的生成、成长 和脱离；（4）局部换热系数沿管道长度不断变化。,2023/3/30,3,2.垂直圆管,A区：单相液体强制对流换热 液体温度低于饱和温度，管壁温度也低于汽化所需温度。,B区：过冷沸腾 液体主流温度仍低于饱和温度，
2、管壁温度高于饱和温度，足以产生气泡。但气泡脱离壁面后进入过冷液体时即凝结消失。气泡的产生和消失对液体起到扰动作用，是换热系数增高。,2023/3/30,4,C区和D区：气泡状沸腾换热 管中液体平均温度等于相应压力下的饱和温度，而管壁温度具有足够的过热度。此时生成的气泡沿管长增多，流动结构由细胞状流动、气弹状流动发展到环状流动的初期阶段。在此区域中换热主要靠气泡自壁面吸收蒸发热和一部分过热液体被气泡带入主流的方式进行。,E区：流动液膜蒸发换热 随着蒸汽量进一步增加，蒸汽在管子中心形成一个气柱，而大部分水以环状液膜形式沿管壁流动。此时管壁热量通过水膜的导热传到汽水分界面上。管壁上无气泡产生，汽化在
3、液膜和蒸汽分界面上进行。,2023/3/30,5,F区：蒸干现象 由于液膜不断蒸发被管子核心部分气流卷走的结果，沿管长上液膜越来越薄，最后管壁上液膜完全消失。,G区：湿蒸汽强制对流换热 在管壁刚蒸干时，由于管壁与蒸汽直接接触，换热系数迅速下降，管壁温度急剧增高。此时蒸汽中尚含液滴，流体温度仍处于饱和温度，换热系数的数值主要由蒸汽流速确定。随着工质继续受热，蒸汽量沿管长进一步增大，蒸汽流速也将增加。因而换热系数沿管长略增，且管壁温也稍有下降。在此区中流体呈雾状流动。,2023/3/30,6,H区：无相变过热蒸汽强制对流换热 湿蒸汽中的液滴已全部蒸发完毕，蒸汽被加热成过热蒸汽。随着工质继续受热，沿
4、管长上汽温及壁温均逐渐增大，而换热系数也因汽速增大而略增。,2023/3/30,7,3.水平圆管,液体进口温度略低于饱和温度，所以进口处为单相液体。由于工质受蒸发，沿着流动方向随着蒸汽量逐渐增大。汽液两相流流动结构逐渐由细胞状流动结构、气塞状流动结构、气弹状流动结构、波状流动结构发展为环状流动结构。如果继续受热，壁上液膜将出现蒸干现象，而后汽液两相流动发展成为雾状流动，最后成为单相过热蒸汽流动。各种流动结构由于重力的影响都呈现出偏心现象，管子下部液体较多，上部气体较多。,2023/3/30,8,当流动结构为波状时，管子上部会周期性地发生时而和蒸汽接触时而和水膜接触的现象。由于蒸汽换热性能比液体
5、差得多，管壁在蒸气接触期间会引起管壁温度突然升高。在环状流动结构中，当管子中流速不高时，管子上部将和蒸汽直接接触，这种工况对管子金属同样不利。在进口流速较高时，水平管中汽液两相流动结构的不对称性可以得到改善。流速越高，流动结构就越对称，越接近于垂直管中的流型。,2023/3/30,9,4.管道内沸腾换热计算,4.1 单相流体强制对流换热计算,按照液体强制对流换热计算,4.2 过冷沸腾换热计算,Jens,Thom,水,其他流体应用池沸腾换热公式计算,2023/3/30,10,4.3 气泡状沸腾和流动液膜蒸发换热计算,2023/3/30,11,两相雷诺数,2023/3/30,12,5.2 强化传热
6、方法,1.应用换热面表面粗糙法,粗糙的换热表面由于增多了汽化核心数目，比光滑壁面能促进沸腾换热过程。此法对于强化池沸腾换热效果较好，但用于强化管内强制对流沸腾换热效果较差，在一定流速下其强化换热作用消失。,2023/3/30,13,2.表面特殊处理法,机械加工,烧结法,2023/3/30,14,3.流体旋转法,3.1 管内插入纽带法,2023/3/30,15,3.2 管内插入螺旋片或螺旋线,强化传热方法效果取决于线圈和管子之间的几何尺寸的配合，此外还与工质性质有关,2023/3/30,16,3.3 应用内螺纹管、来复线管和螺纹槽管,2023/3/30,17,3.4 应用螺旋管,2023/3/30,18,4.扩展表面法,4.1 内直肋管和内螺旋高肋管,2023/3/30,19,4.2 内螺旋微肋管,2023/3/30,20,
