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x
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?整个竖壁平均表面传热系数
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s?
2 l
tw
)
?4 ? ?
表竖壁
7.2.2 膜状凝结分析扩展
?倾斜壁平均表面传热系数
? ? ? ? 由
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t
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tw
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y
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(ts
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tw)
?x处的质量流量qm
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?
0 dqm ?
?
0
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?
0
l 2 g ?? y ? 1 y2 ??dy ? l? 2 ?
l2g 3 3l
则，x+dx 处质量流量的增量
dqm ?
g? l 2? ?l
2
d?
dx
qm dqm
(hd=(5~10)hf)
g
tw ? ts tw ? ts
?凝结形态的决定性因素
‐ 是否形成膜状凝结主要取 决于凝结液的润湿能力；
‐ 而润湿能力又取决于表面 虽然珠张状力凝；结表换面热张远力大小于的膜润状湿凝结，但可惜的是，珠状凝结 很难保能持力，强因。此，工程实践应用中只能实现膜状凝结。为保 证凝‐结实效践果表，明应，以几膜乎状所凝有结的计常算作为设计的依据。
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下脚标 l 表示液相
? 考虑假设③忽略惯性力；
? 液膜在x方向的压力梯度可按
??u
? ?
?x
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?v ?y
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0
X X 界面y=δ处压力梯度计算。 考
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a
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0
?边界条件：
y ? 0 时， u ? 0, t ? t w
y ? ? 时，
du ? 0, dy ?
t ? ts
? 求解与结果 ?流速u
由
?lg
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?
0
du dy
?
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g? l ?l
y ? c1
y ? 0, u ? 0 ? c2 ? 0
? 定义 – 蒸气与低于其饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释 放给固体壁面的过程。
? 产生条件：壁面温度tw<蒸汽的饱和温度ts ? 分类(凝结液与壁面浸润情况)
– 膜状凝结(filmwise condensation): – 珠状凝结(dropwise condensation) ? 实例 – 发电厂凝汽器、制冷装置中的冷凝器 – 深秋玻璃上的水膜
用蒸气在纯净条件下在常 用工程材料洁净表面上都 能得到膜状凝结。
7.2 膜状凝结分析解及计算关联式
7.2.1 纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热（竖壁）的分析
? 简化假设 ① 常物性； ② 蒸气静止，气液界面无对液膜的粘滞应力； ③ 液膜的惯性力忽略； ④ 气液界面上无温差，即液膜温度等于饱和温度； ⑤ 膜内温度线性分布，热量转移只有导热； ⑥ 液膜的过冷度、蒸汽的过热度忽略； ⑦ 忽略蒸汽密度（ρv<< ρl ）； ⑧ 液膜表面平整无波动
?凝结换热研究关键点
‐ 凝结可能以不同的形式发生，膜状凝结和珠状凝结 ‐ 冷凝物相当于增加了热量进一步传递的热阻 ‐ 层流和湍流膜状凝结换热的实验关联式 ‐ 影响膜状凝结换热的因素 ‐ 会分析竖壁和横管的换热过程，及Nusselt膜状凝结
理论
?凝结换热中的重要参数
– 蒸汽的饱和温度与壁面温度之差（ts - tw） – 汽化潜热 r – 特征尺度
?边界层方程组的简化
tw ? ts g
m? ( x)
微元控制体
? 凝结液膜的流动和传热符合 边界层薄层性质。
? 取重力方向为x方向，稳态 情况下，边界层描述为
t(y)
Thermal boundary layers
u(y)
Velocity boundary layers
? ?u
? ?
?x
?
?v ?y
qm ? dqm
?液膜厚度
凝结液体的 潜热
引入假设⑥不考虑液膜过冷所释放的显热，
根据能量守恒定律，微元体
r dq m
rdqm ? d? x
dqm
?
g? l 2? 2 ?l
d?
d? x
dx
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rg ?l? 2 ?l ?l
d?
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dx
液膜的导热
1
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4
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rg ?
第7章 相变对流换热
Phase Transformation Convection Heat Transfer
相变换热 ：凝结换热和沸腾换热
相变换热的 特点：
?由于有潜热释放和相变过程的复杂性，比单相对流换 热更复杂； ?目前，工程上也只能助于经验公式和实验关联式。
7.1 凝结换热
7.1.1 概述
– 其他热物理性质，如? 、λ、cp等。
7.1.2 凝结过程
? 膜状凝结
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作
用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，
g
因此，液膜厚度直接影响了热量传递。 ? 珠状凝结
当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁
面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸
汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结
虑假设②
?? x
?
?u v)
?y
?
?
dp dx
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?v
?g
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l
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?v g
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v
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al
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? 考虑假设⑦忽略蒸气密度； ? 考虑假设⑤之考虑导热
?只有u 和 t 两个未知量，故控制方程简化为：
?
2 l
t
w
)
x
? ? ?
4
引入假设⑥温度线 性分布，热量转移
仅考虑导热
?局部表面传热系数
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x
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?温度
由
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