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1、大空间自然对流传热,蒸汽冷凝时的对流给热,保温层的临界直径,1、大空间自然对流传热过程,各种情况下的C、n及特征尺寸d0的取值见书上附表。,水蒸汽冷凝传热是工业上应用最为广泛的一种加热方式。,研究水蒸汽冷凝传热的规律，有效提高水蒸汽的传热效率，可以达到能源充分利用的目的。,水蒸汽冷凝是一种常见的自然现象，例如水蒸汽在玻璃杯壁面上的凝结、冬季水蒸汽在玻璃窗上的凝结现象。,2 蒸汽冷凝传热过程,蒸汽冷凝换热器1,蒸汽冷凝传热规律,蒸汽冷凝换热器2,蒸汽冷凝传热规律,冷凝液膜描述：,知识回顾：导热速率与壁面厚度成反比；稳态传热时，对流传热的传热速率取决于层流底层的导热速率；层流底层越薄，传热系数越大
2、,蒸汽冷凝传热规律,温度变化特点：蒸汽内部的温度均一，为饱和温度；,温度变化主要集中在液膜内。,垂直壁面(竖板or竖管)上的冷凝传热系数变化规律,Q,层流,湍流,(液膜流动),层流区，液膜内的传热以导热方式进行,湍流主体，对流传热；层流底层，导热,层流膜厚增加，传热系数减小,流体湍动程度越大，层流底层厚度越薄,层流底层厚度增加，传热系数减小,蒸汽冷凝传热规律,Ts,Tw,由上述分析可知：,冷凝液膜层流层或层流底层越薄，蒸汽冷凝的传热系数越大,强化蒸汽冷凝传热的措施：减少冷凝液膜层流层或层流底层的厚度,设法获得滴状冷凝，如在冷凝壁面上生成疏水涂层，可提高传热系数10倍左右；高速蒸汽喷射壁面，将液
3、膜吹薄；在传热壁面上开纵向凹槽冷凝液借重力顺槽下降；沿纵向装金属丝or直翅片，加快冷凝液的下流速度。,蒸汽冷凝传热规律,简化假设：竖壁面TW=const.壁面上液体温度=TW；汽、液界面处温度为TS；冷凝过程中，冷凝液物性、=const.；,特点：层流热量主要以热传导方式穿过液膜。可在简化前提下，通过解析方法推导出 计算式实验修正。,1）液膜呈层流(Re2100)时的对流传热系数,蒸汽的密度远小于液体的密度v 即液膜运动主要取决于重力与粘性力浮力的影响则可忽略；通过冷凝液膜的传热是垂直于壁面方向的纯导热，温度分布呈线性变化。,蒸汽处于静止状态蒸汽对液膜没有摩擦力；液膜流动呈稳定状态液膜作等速向
4、下流动(液体加速度被忽略)；,傅立叶定律：,牛顿冷却定律：,稳态传热：,x：距顶端x处的局部对流传热系数,；xx。,根据理论推导，得 xx 关联式：,M冷凝负荷：单位润湿周边上流过的冷凝液的质量流量，kg/ms；ms冷凝液的质量流量：kg/s M=ms/b b润湿周边：m，对竖的平壁，为壁的宽度；对于竖管，为管外壁周长；S液膜的横截面积，即液膜流通截面积 de当量直径：de=4S/b,冷凝液膜流型的判断Re=f(M),实验对理论推导公式的修正：,因实验不可能完全实现理论推导时所作的简化假定，如蒸汽速度0 需用实验结果对理论公式进行修正。修正后当冷凝液膜呈层流流动时，有：,2)液膜呈湍流(R21
5、00)时的对流传热系数 目前，还完全依靠实验测得.,水平管外的冷凝 因管径通常较小蒸汽在水平管外冷凝时，液膜一般呈层流状态。,1)单根水平管外层流膜状冷凝,d0：管外径,2)水平管束外对流传热系数管束间影响复杂 特点：第一排管其冷凝情况与水平放置的单根 圆管相同；其它各排其冷凝情况要受到它上面各排 管子流下的冷凝液影响。目前，对管束间的影响还未总结出普遍适用的规律。,冷凝,影响冷凝传热的主要因素及冷凝传热过程的强化,流体物性与液膜两侧传热温差的影响：T：,加热面的布置 如：水平管束下排管表面上产生的汽泡向上浮升，引起对上排管的附加扰动 水平管束 单管。扰动程度：液体沸腾压强、热负荷、液体性质、管排间距等。,3.保温层的临界直径,时，有：,，Q有极值。,本 节 小 结,1 蒸汽冷凝传热过程特点：传热、相变相伴发生 有相变 无相变；2 膜状冷凝传热热阻几乎全部集中在冷凝液膜内 T也只在液膜内存在；3 虽然滴膜，但因滴状冷凝难以保持工业冷凝器的设计均按膜状冷凝考虑；4 冷凝液膜内流型的判断：5 影响冷凝传热的主要因素：物性、T；ug、流向、过热；不凝气；传热面；6 强化冷凝传热过程冷凝的主要途径 液膜厚度。,M：冷凝负荷,
