适用范围：
水平管：
适用范围：
（由于管径不会很大， 一般不会到达紊流）
进行修正后，得到：
垂直壁层流膜状凝结换热平均表面传热系数：
垂直壁与水平管凝结换热强度的比较—— 由于垂直壁定型尺寸远大于水平管，因而水平管凝结换热性能 更好，在实际管外凝结式冷凝器设计中多采用水平管。
垂直壁层流膜状凝结换热另一准则方程：
层流膜状凝结换热 速度变化规律：
蒸气静止，且对液膜无黏滞应力作用
层流膜状凝结换热 温度变化规律：
ts为蒸气饱和温度
可采用对流换热微分方程组对垂直壁层流膜状凝结换热加以研究
1.X方向液膜动量方程： 将： 代入，得：
v为蒸汽密度
假定液膜流动缓慢，则惯性力项可忽略，动量方程可简化为：
一般情况下：
从而：
已知壁温：
二、管内沸腾换热
特征：由于流体温度随流向逐渐 升高，沸腾状态随流向不断改变
液相单相流 h较低
垂 直 管 内 沸 腾
Байду номын сангаас
泡状流
h升高
块状流
h高
环状流
h高
气相单相流
h急剧降低
水平管内沸腾
液 相 单 相 流
泡 状 流
块 状 流
波 浪 流
环 状 流
气 相 单 相 流
汽水分层，管上半部局部换热较差
第七章重点： 1.膜状凝结换热特征和计算方法
2.沸腾换热的四个阶段 3.热管的工作原理
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三、水平管束管外凝结换热
上一层管子的凝液流到下一层管 子上，使下一层管面的膜层增厚
下层管上的h比上层管的h低
计算方法：用nd代替d代入水平单管管外凝结换热计算式
四、影响膜状凝结换热的因素及增强换热的措施
高速→液膜吹脱壁面→h增大 蒸气速度 蒸气向下吹→液膜变薄→h增大
低速
蒸气向上吹→液膜变厚→h减小 不凝气体聚集在表面，蒸气扩散阻力增加
曲线 A-B B-C C-D D-E
名称
对流沸腾
泡态沸腾
过渡态沸腾
膜态沸腾
tw-ts
<5℃
5℃～30℃
30℃～120℃
>120℃
现象
气泡微小，附 着于壁面不能 浮升 很小
气泡不断产 生、长大、 浮升、逸出 急剧增大
气泡太多形成气 膜，阻碍传热
形成稳定气膜， 与壁面辐射换 热量显著增加 回升
热流密度
下降
《传热学》
第七章 凝结与沸腾换热
凝结换热——冰箱和空调中冷凝器使制冷工质冷凝 沸腾换热——锅炉中管束使水沸腾
冷凝器
锅炉
第一节 凝结换热
膜状凝结 珠状凝结
形式
树叶上的珠状凝结
成因 稳定性 换热性能
附着力>表面张力 好 不好
附着力<表面张力 不好 好
玻璃窗上的膜状凝结
一、垂直壁和水平管膜状凝结换热
控制热流密度加热时大空间 饱和沸腾换热的烧毁点：
——热流密度不断增加到qc （106W/m2）附近时,沸腾状 态将由C点沿红线跳跃至E点， 壁温突然升至1000 ℃以上， 设备将在瞬间烧毁。
实例：在高压锅炉水冷壁设计中，务必使热流密度小于106W/m2 已知热流密度： 水的大空间沸腾 换热计算式：
适用范围：
垂直壁紊流段膜状凝结换热准则方程：
适用范围：
存在紊流时整个垂直壁平均凝结对流表面传热系数：
xc——Rec＝1800时的临界高度 l——垂直壁高度 hl——层流段平均凝结对流表面传热系数
ht——紊流段平均凝结对流表面传热系数
二、水平管内凝结换热
蒸气流速较低时，凝液主要在 蒸气流速较高时，形成环状流动， 管子底部，蒸气位于管子上部， 凝液均匀分布在管子四周，中间为 上部换热较好 蒸气核
影 响 因 素
蒸气含不凝气体 膜层表面蒸气分压降低，ts降低，ts -tw降低 低Rec→凝液积聚，液膜增厚→h减小 表面粗糙度 高Rec→凸出点对凝液产生扰动→h增大 蒸气含油→壁上形成油垢→ h减小
h减小
过热蒸气→蒸气与凝液焓差增大→ h增大（计算时潜热修正为实际焓差）
增强凝结换热的措施：
1.改变表面几何特征： 采用各种带有尖峰的表面， 使在其上冷凝的液膜拉薄， 或者使已凝结的液体尽快 从换热表面上排泄掉
垂直壁层流膜状凝结换热平均表面传热系数：
定性温度：
定型尺寸：x(l)
注意点：以上两式并非最后的正确结果，计算中不得直接使用！
水平圆管层流膜状凝结换热平均表面传热系数：
定性温度：
定型尺寸：d
将平均表面传热系数表达式写为准则方程： 垂直壁： 由于未考虑液膜波动因素，垂直壁理论解较实验结果偏低约20％，因而应将其修正为：
2.采用抽气装置排除不凝气体 3.采用机械方法加速凝液排泄
（c） 沟槽管 （d） 微肋管
4.促进珠状凝结的形成 （1）壁面涂镀材料减小附着力 （2）蒸气加促进剂增大表面张力
第二节 沸腾换热
定义—— 工质通过气泡运动带走热量，并使其冷却的一种传热方式 大空间沸腾换热 沸腾换热
（蒸气泡能自由浮升，穿过自由表面进入容器空间）
第三节 热管
热管的工作原理： ——沸腾换热和凝结换热 两种相变换热过程的巧妙 结合。
热管的特点： 1.靠蒸气流动传输热量，传热能力大。 2.加热区和散热区趋于等温，温差损失小。 3.采用不同工作液，可适应各种温度范围。 4.加热区和散热区热管表面的热流密度可 以不相同。 5.结构简单，无运动部件，工作可靠。
有限空间沸腾换热
（蒸气和液体混合在一起，形成两相流）
一、大空间沸腾换热
饱和沸腾： t f ts，tw ts 过冷沸腾： t f ts，tw ts
气泡的变化规律 产生
长大
浮升
逸出 沸腾换热小实验
大空间饱和沸腾 过程的四个阶段： （控制壁温加热）
对流沸腾
泡态沸腾
过渡态沸腾
膜态沸腾
大空间饱和沸腾过程的四个阶段 （控制壁温加热）
液膜微元段热平衡方程：
质流量在dx距离内的增量：
近似认为膜内温度分布为线性，则有： 蒸气潜热： 将以上关系式代入液膜微元段热平衡方程，得到： 分离变量，得： 上式在0～δ 内积分，得到x处的液膜厚度：
由于dx微元段的凝结换热量应该等于该段的导热量，故：
将δ 代入，得到垂直壁层流膜状凝结换热局部表面传热系数：
积分两次，得到液膜内速度分布：
2.液膜能量方程：
假定液膜流动缓慢，则对流换热项可忽略，能量方程可简化为：
积分两次，并将边界条件代入，得到液膜内温度分布：
3.液膜微元段热平衡： ——凝液带入热量 ——凝液带出热量
——蒸气带入热量
——墙壁导热出热量
——凝液焓（饱和液体） ——凝液质流量 其中：
——蒸气焓（饱和气体）