传热学第八章相变 换热
1、相变换热与非相变换热的对比：
换热形式：
单相
相变
交换热量：
（显热mct）（潜热m）
相对单位质量热容量： 1
~100介质流量m
相对表面传热系数： 1
~10 A
2、 凝结换热现象
蒸汽 tts
液体——凝结
蒸汽 twts 壁面上凝结——凝结换热

膜状凝结——凝结液在壁面上铺展成膜。 条件：内聚力<附着力，润湿表面。
R
2
pv pl
随着壁温的升高，壁面过热度加大，汽化核心的半径 愈来愈小。
③ 管内沸腾——两相流
6、 沸腾换热计算式
1.大容器饱和液体核态沸腾（参见教材 P320~322） 2.大容器饱和沸腾的临界热通量（参见教材 P322~323） 3.大容器饱和液体膜态沸腾（参见教材P323）
7、 影响沸腾换热的因素
沸腾换热：温度高于沸点的壁面与液体之间的换热过程。
① 大容器 饱和沸腾 曲线
液体饱和，壁面温 度高于饱和温度。 液体具有自由表面
随着壁面过热度的增加，依次发生核 态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾。图中 核态沸腾和过渡沸腾交界处的热流密 度峰值叫做临界热流密度，亦称烧毁 点。一般通过控制热流密度或控制壁 面过热度避免越过该点，以达到设备 的安全经济运行。
0,t
ts
（求解过程可参见教材P304~306） 主要计算结果：
液膜厚度计算式： 4lgltsl2twx1/4
局部表面传热系数：
hx
l
4glts3ltl2wx1/4
即： x1/4
hx x1/4
（3）分析解：
① 竖壁层流分析解（膜层Re<1600）
hV
1 l
l
0 hxdx
4 3
hl
0.943lglts 3ltl2w
两滴完全相同的水珠分别落在120摄氏度和400摄氏度 的铁板上，哪一滴先汽化掉？ 答：落在120度的水珠先汽化。因为水珠在120度铁板 的沸腾属于核态沸腾，换热较强，而在400度铁板的沸 腾属于膜态沸腾，换热较弱。
② 汽化核心的分析 （汽泡的生成条件）
气泡内外压差=表面张力
R2 pv
pl 2R
④ 膜层雷诺数及其临界值
Re4hl(ts tw)
Rec 1600
4、影响膜状凝结的因素
① 不凝气体——在壁温下不能凝结的气体
来源：蒸汽带入；蒸汽分解；负压条件下系统漏入；
系统生成（液体与金属相容性）。
危害：含气体1％
h 60％
原因：蒸汽与液膜间的热阻
措施：断绝来源；系统中安装抽气器、空气分离器等。
珠状凝结——凝结液在壁面上凝聚成液珠。 条件：内聚力>附着力，不润湿表面。
h珠>>h膜(表面改性) 实验测量：1个大气压下， 水蒸气凝结，表面传热系数 珠状凝结：4104~105； 膜状凝结： 6103~104 W/(m2K)
3、 膜状凝结分析解及实验关联式
（1）努塞尔特假设： ① 纯净蒸汽层流液膜； ② 常物性； ③ 蒸汽是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力； ④ 液膜的惯性可以忽略； ⑤ 汽液界面上无温差； ⑥ 膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移
只有导热而无对流作用； ⑦ 液膜的过冷度可以忽略； ⑧ 相对于液体密度，蒸汽密度可忽略不计； ⑨ 液膜表面平整无波动。
（2）简化微分方程： 动量方程(重力与粘性力平衡) 能量方程(只有导热)
l
d 2u dy 2
l g
0
d 2t 0
dy 2
边界条件：
y=0 时，u=0，t=tw
y= 时，
du dy
（4）实验关联式： ① 层流水平管实验解与分析解同。
② 层流竖壁实验关联式
由于表面波动使换热增强，将分析解系数变为 0.9431.2=1.13即可。
③ 紊流实验关联式：
Nu Ga1/3
Re
58 Prs1/ 2 Prw Prs 1/ 4 Re3/ 4 253 9200
定性温度、特性尺度及各准则数定义参见教材P308
② 蒸汽流速、流向
流向与液膜流动方向相同拉薄液膜h
③ 过热蒸汽（表面传热系数下降，教材叙述不可取）
（冷却）非相变
（冷凝）相变
过热蒸汽
饱和干蒸汽
饱和液体
由于冷却过程表面传热系数远低于冷凝过程，所以过热蒸汽将使 换热器的换热能力大大下降，因此热用户应将过热蒸汽饱和化。 例如某纺织厂溴化锂制冷机组的过热蒸汽进行饱和化处理后，机 组制冷能力提高了20%。
④ 液膜过冷度及温度分布的非线性
凝结
导热
对流
蒸汽
液膜热侧
液膜冷侧
壁面
由于液膜的过冷，使得放热量增加了液膜所释放的显热。
⑤ 管子排数（飞溅作用使得多层h>单层h）
⑥ 对于管内冷凝，蒸汽流速和凝液堆积影响换热效果。
⑦ 凝结表面的几何形状（减薄液膜、及时排除凝结液）
5、 沸腾换热现象
沸腾：液体表面和内部同时发生气化的现象。（开水不响）
1/
4
② 水平圆管的层流膜状凝结分析解：
hH
0.729l
g3l l2
d ts tw
1/
4
对比分析可见，当l/d=50时，横管的平均表面传热 系数是竖管的两倍。(横管强化传热)
③ 球表面的层流膜状凝结分析解：
hS
0.826l
g3l l2
d ts tw
1/
4
定性温度：膜层平均温度 ts tw / 2
① 不凝结气体（强化沸腾）
② 过冷度（沸腾初期，流体的主要部分低于饱和 温度，强化了自然对流，换热有所增强）
③ 液位高度（低于临界液位时，表面传热系数明 显升高）
④ 重力加速度（对核态沸腾无影响，但对自然对 流影响较大）
⑤ 沸腾表面的结构（加工汽化核心）
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8、 热管简介
① 工作原理（有效利用相变换热） ② 型式（重力式、分离式） ③ 种类（低温、常温、中温、高温） ④ 热管各环节热阻 ⑤ 热管的特点与应用（均温、定向、强化传热）