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1、大空間自然對流傳熱,蒸汽冷凝時的對流給熱,保溫層的臨界直徑,1、大空間自然對流傳熱過程,各種情況下的C、n及特征尺寸d0的取值見書上附表4.3.2。,水蒸汽冷凝傳熱是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的一種加熱方式。,研究水蒸汽冷凝傳熱的規(guī)律，有效提高水蒸汽的傳熱效率，可以達(dá)到能源充分利用的目的。,水蒸汽冷凝是一種常見的自然現(xiàn)象，例如水蒸汽在玻璃杯壁面上的凝結(jié)、冬季水蒸汽在玻璃窗上的凝結(jié)現(xiàn)象。,2 蒸汽冷凝傳熱過程,蒸汽冷凝換熱器1,蒸汽冷凝傳熱規(guī)律,蒸汽冷凝換熱器2,蒸汽冷凝傳熱規(guī)律,,冷凝液膜描述：,知識回顧： 導(dǎo)熱速率與壁面厚度成反比； 穩(wěn)態(tài)傳熱時，對流傳熱的傳熱速率取決于層流底層的導(dǎo)熱速率； 層流底層
2、越薄，傳熱系數(shù)越大,蒸汽冷凝傳熱規(guī)律,溫度變化特點： 蒸汽內(nèi)部的溫度均一，為飽和溫度；,溫度變化主要集中在液膜內(nèi)。,,垂直壁面(豎板or豎管)上的冷凝傳熱系數(shù)變化規(guī)律,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Q,層流,湍流,(液膜流動),層流區(qū)，液膜內(nèi)的傳熱以導(dǎo)熱方式進(jìn)行,湍流主體，對流傳熱； 層流底層，導(dǎo)熱,,層流膜厚增加，傳熱系數(shù)減小,,流體湍動程度越大，層流底層厚度越薄,,層流底層厚度增加，傳熱系數(shù)減小,蒸汽冷凝傳熱規(guī)律,Ts,Tw,,由上述分析可知：,冷凝液膜層流層或?qū)恿鞯讓釉奖?，蒸汽冷凝的傳熱系?shù)越大,,強化蒸汽冷凝傳熱的措施：減少冷凝液膜層流層或?qū)恿鞯讓拥暮穸?設(shè)法獲得滴狀冷凝，如在冷
3、凝壁面上生成疏水涂層，可提高傳熱系數(shù)10倍左右； 高速蒸汽噴射壁面，將液膜吹薄； 在傳熱壁面上開縱向凹槽冷凝液借重力順槽下降； 沿縱向裝金屬絲or直翅片，加快冷凝液的下流速度。,蒸汽冷凝傳熱規(guī)律,簡化假設(shè)： 豎壁面TW=const. 壁面上液體溫度=TW； 汽、液界面處溫度為TS； 冷凝過程中，冷凝液物性、、=const.；,特點：層流熱量主要以熱傳導(dǎo)方式穿過液膜。 可在簡化前提下，通過解析方法推導(dǎo)出 計算式實驗修正。,1）液膜呈層流(Re<2100)時的對流傳熱系數(shù),蒸汽的密度遠(yuǎn)小于液體的密度v<< 即液膜運動主要取決于重力與粘性力浮力的影響則可忽略； 通過冷凝液膜的傳熱是
4、垂直于壁面方向的純導(dǎo)熱，溫度分布呈線性變化。,蒸汽處于靜止?fàn)顟B(tài)蒸汽對液膜沒有摩擦力； 液膜流動呈穩(wěn)定狀態(tài)液膜作等速向下流動(液體加速度被忽略)；,傅立葉定律：,牛頓冷卻定律：,穩(wěn)態(tài)傳熱：,x：距頂端x處的局部對流傳熱系數(shù),； xx。,,,根據(jù)理論推導(dǎo)，得 xx 關(guān)聯(lián)式：,M冷凝負(fù)荷：單位潤濕周邊上流過的冷凝液的質(zhì)量流量，kg/ms； ms冷凝液的質(zhì)量流量：kg/s M= ms /b b潤濕周邊：m，對豎的平壁，為壁的寬度；對于豎管，為管外壁周長； S液膜的橫截面積，即液膜流通截面積 de當(dāng)量直徑： de=4S/b,冷凝液膜流型的判斷Re=f(M),,實驗對理論推導(dǎo)公式的修正：,因?qū)嶒灢豢赡芡耆?/p>
5、實現(xiàn)理論推導(dǎo)時所作的簡化假定，如蒸汽速度0 需用實驗結(jié)果對理論公式進(jìn)行修正。修正后當(dāng)冷凝液膜呈層流流動時，有：,2) 液膜呈湍流(R2100)時的對流傳熱系數(shù) 目前，還完全依靠實驗測得., 水平管外的冷凝 因管徑通常較小蒸汽在水平管外冷凝時，液膜一般呈層流狀態(tài)。,1) 單根水平管外層流膜狀冷凝,,d0：管外徑,2) 水平管束外對流傳熱系數(shù)管束間影響復(fù)雜 特點：第一排管其冷凝情況與水平放置的單根 圓管相同； 其它各排其冷凝情況要受到它上面各排 管子流下的冷凝液影響。 目前，對管束間的影響還未總結(jié)出普遍適用的規(guī)律。,冷凝,,, 影響冷凝傳熱的主
6、要因素及冷凝傳熱過程的強化,流體物性與液膜兩側(cè)傳熱溫差的影響 ： ： ： ： T：, 加熱面的布置 如：水平管束下排管表面上產(chǎn)生的汽泡向上浮升，引起對上排管的附加擾動 水平管束 單管。 擾動程度：液體沸騰壓強、熱負(fù)荷、液體性質(zhì)、管排間距等。,3. 保溫層的臨界直徑,時，有：,，Q有極值。,本 節(jié) 小 結(jié),1 蒸汽冷凝傳熱過程特點： 傳熱、相變相伴發(fā)生 有相變 無相變； 2 膜狀冷凝傳熱熱阻幾乎全部集中在冷凝液膜內(nèi) T也只在液膜內(nèi)存在； 3 雖然滴膜 ，但因滴狀冷凝難以保持工業(yè)冷凝器的設(shè)計均按膜狀冷凝考慮； 4 冷凝液膜內(nèi)流型的判斷： 5 影響冷凝傳熱的主要因素：物性、T；ug、流向、過熱；不凝氣；傳熱面； 6 強化冷凝傳熱過程冷凝的主要途徑 液膜厚度。,M：冷凝負(fù)荷,
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