水——研磨后 的不锈钢
水——抛光的 不锈钢
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0.0080 50% KOH—— 铜 0.006
第九章 相变对流换热
CWL 0.0133 0.027 0.010 0.0054 0.0027
15
水的表面张力
饱和温度 （℃）
0
20
40
60
80
100
表面张力 （mN/m）
75.6
72.8
69.6
66.2
62.6
58.86
饱和温度 （℃）
150
200
250
300
350
374.15
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第九章 相变对流换热
表面张力 （mN/m）
48.7 37.8 36.2 14.4 3.8
0
16
2、大容器内沸腾的临界热流密度
qmax


24
1
r V2
g
L V
1
面（如加肋片）来提高每根热管的换热量
从而缩小体积，提高效率。
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(3) 冷、热流体用隔板严密隔开，可 以消除两种流体互相泄漏的现象。即使热 管有一端破裂，也不会使冷热流体相互串 通。
(4) 每根热管都是独立的，并可拆卸 ，这就十分易于检修和更换。
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2、热管式空气预热器
热管式空气预热器，有利于解决磨、腐、堵、 漏等难题。这是因为：
（1）热管在烟气侧的管壁温度是均匀的。 （2）如果管壁温度高于酸露点和水蒸气露点， 则附着于管外表面的烟气呈干燥而疏松状态。 （3）热管式空气预热器的结构本身保证了漏 风系数为零。 （4）热管式空气预热器可减小磨损。
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如图：
De 4A 4
P
Re x

4 ux L L

4M

M—通过x截面的凝液的质量流量
Re x

4hLts
r
tw

L—竖壁高度
横管外凝结 将L改为圆周长d
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层流到湍流的转折点
竖壁凝结 ： Rec 1800
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第三节 凝结换热
一、膜状凝结和珠状凝结 二、液膜流动状态及其对换热的影响 三、膜状凝结时的换热计算 四、影响凝结换热的因素
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第九章 相变对流换热
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一、膜状凝结和珠状凝结 （a）膜状凝结：
≤90°

（b）珠状凝结：
＞90°
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二、液膜流动状态及其对换热的影响
第九章 相变对流换热
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2、水平管外的凝结换热计算
蒸汽在水平圆管外的膜状凝结一般为层流
1
h

0.729

L
gr

2 3
LL
D( ts t
w
4
)

D 为圆管外径
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一根管径为d，高为L的圆管，其水平放置
和竖直放置的换热系数之比为
1
hH hV

应的过热度为临界过热度 tC 50C 。
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（3）过渡沸腾区
tC t tD （tD 150 ℃ ）时部分壁 面交替地为汽膜所覆盖，h和q下降，汽膜的形 成和破裂很不稳定，本区域属于核态沸腾和膜 态沸腾同时并存的过渡沸腾。
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化的措施。
4. 了解蒸汽凝结的条件、基本方式及特点。
5. 掌握竖壁上膜状凝结换热计算方法。
6. 掌握影响凝结的主要因素。
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第一节 大容器沸腾换热
一、沸腾的基本概念 二、大容器沸腾曲线 三、大容器内沸腾换热计算
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一、沸腾的基本概念 1. 定义 液体在其所包容的壁面上由于吸热而被 汽化的过程称为沸腾。
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（4）稳定膜态沸腾区
t tD 时汽泡迅速形成并结合，壁面
全部被汽膜覆盖，因汽膜外表面的波动和膜
内辐射作用逐步增强，h和q又随 t 的增大而
迅速上升 。
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三、大容器沸腾换热计算
1、大容器饱和核态沸腾
(1) 针对一种液体的计算公式
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4. 分类
大容器沸腾：换热面沉浸在具有自由汽液两相 分界表面的液体中所进行的沸腾
管内沸腾：流体受迫流过加热面所进行的沸腾
饱和沸腾：液体的整体温度超过相应压力下的 饱和温度
过冷沸腾：液体的整体温度低于相应压力下的 饱和温度
注意：饱和沸腾时汽泡不仅在加热表面生
成，而且在液体内部也能产生。
蒸汽中含油，沉积在壁面上形成油垢，增加了
热阻，h降低。
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第四节 传热系数的计算
热流体通过固体壁面把热量传给冷 流体，称为传热过程。它实际上是一种 复合的换热过程。
在讨论完导热、对流换热及辐射换 热后，对于复杂的传热过程进行热计算， 首要的是确定传热过程的传热系数 K。
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二、大容器沸腾曲线
稳定膜 态沸腾
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（1）自然对流沸腾区
壁面过热度小时（ t 4 ℃）沸腾尚未开始，
换热服从单相自然对流规律。
（2）核态沸腾区
①开始阶段，汽化核心产生的汽泡互不干 扰，称为孤立汽泡区；
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【例9-1】
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第二节 管内沸腾
一、管内沸腾的几个区域 二、管内沸腾换热的恶化 三、防止沸腾恶化的措施
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一、管 内沸腾的几 个区域
（a）流动类型
（b）管壁温度、 流体温度变化曲 线
（c）换热系数 的变化曲线
对于水，米海耶夫推荐在压力105 ~ 4106 Pa
下
h 0.122t 2.33 p0.5
按 q ht h 0.533q0.7 p0.15
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（2）广泛适用于各种液体的计算式 罗逊瑙提出 ：
c pL t
r PrLn

CwL
q
Lr
水平管外凝结 ： Rec 3600
【例9-3】
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四、影响凝结换热的因素
1、不凝结气体的影响 不凝结气体增加了传递过程的阻力，同时 使饱和温度下降，减小了凝结的驱动力 t。
2、管子排列的影响 在排数相同时，叉排管束的平均换热系数比顺
排高，辐向排列的换热系数也比顺排高
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二、管内沸腾换热的恶化
（1）第一类沸腾传热恶化现象：当热负荷特 别高时，在核态沸腾区汽化中心密集，汽泡集合 在管壁上形成汽膜，把水与管壁隔开，管壁直接 同蒸汽接触。
（2）第二类沸腾恶化：在由环状流动向雾状流 动过渡的区域，由于水膜被蒸干或被汽流撕破，也 使管壁直接同蒸汽接触，换热系数明显下降。
2019/6/16第九章 来自变对流换热323、蒸气流速的影响 如果蒸气流动与液膜向下的流动同向时，使液
膜拉薄，h增大；反之使h减小。
4、表面状态的影响
当凝结管表面粗糙、锈蚀或积有污垢时，凝结
液膜的流动阻力增加，Re较低时，不易于凝液排
泄，加厚液膜，h可低于光滑壁的30%。Re较大
时，h可高于光滑壁。
0.729 L 4 1.13 d
若取
d 0.02m ,高度L 1m ,则 L 50 d
hH 1.7 hV
对于同一根圆管，水平放置比竖直放置时
管外凝结换热系数大，所以通常凝汽器都采用水
平布置方式 。
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3、水平管束的膜状凝结
1
h
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二、热管换热器及其在火电厂锅炉上 的应用
1、热 管换热器
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热管换热器的主要特点：
(1) 典型的逆流换热，又因热管本身接
近于等温工作，这就使热管换热器具有较
高的换热效率。
(2) 冷、热流体的换热均是在热管外表
面进行的，所以易于在管外表面增加外延
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传热系数的大致数值范围
从气体到气体（常压） 从气体到水或高压蒸汽
从水到水 从凝结水蒸气到水 从凝结有机物蒸气到水
从油到水
10～30 10～100 1000～2500 2000～6000 500～1000 100～600
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第九章 相变对流换热
§9-1 大容器沸腾换热 §9-2 管内沸腾换热 §9-3 凝结换热 §9-4 传热系数的计算 §9-5 热管