传热学 Heat Transfer
主要内容
凝结传热 凝结传热的模式 实验关联式 沸腾传热 沸腾传热的模式 影响因素及强化 热管 大容器饱和沸腾 层流膜状凝结分析解 影响因素及强化
3/76
传热学 Heat Transfer
§7-13 凝结传热 Condensation heat transfer

l hx
gr hx 4l ( t s t w )x
2 l 3 l
1/4
19/76
传热学 Heat Transfer
（4）整个竖壁的平均表面传热系数
1 l 4 h hx dx hx l l 0 3
gr l 2 l3 0.943 l l ts tw
u u l (u v ) 0 x y
考虑（7）忽略蒸汽密度
dp 0 dx
？
15/76
考虑（5） 膜内温度线性分布，即 热量传递方式只有导热
t t u v 0 x y
传热学 Heat Transfer
u v x y 0 u u dp 2u l (u x v y ) dx l g l 2 y t t 2t u x v y al 2 y
l

4 qm
l
由热量守恒：
rqm hm ts tw l
4hml t s t w Re l r
26/76
传热学 Heat Transfer
2、层流向湍流的转捩 （1） Re c 1600 （2）表面传热系数的计算
无波动层流
Re 20
有波动层流
xc h hl ht l
ts tw 定性温度： t m 2
1 4
注意：r 按 ts 确定
20/76
传热学 Heat Transfer
3、几点说明 （1） 倾斜平板 （2） 水平圆管外
努塞尔的理论分析可推 广到水平圆管外的层流 膜状凝结
gr hH 0.729 d( t t ) s w l
↘ g
l
边界条件：
y 0 时， u 0, t t w du y 时， 0, t t s dy
2 a d t 0 l 2 dy
l
d u 0 2 dy
2
16/76
传热学 Heat Transfer
2、求解结果 （1） 速度、温度分布
tw ts
重力的作用下流动。 2、珠状凝结(dropwise condensation) 当凝结液体不能很好地浸润壁面时， 则在壁面上形成许多小液珠。
6/76
g
传热学 Heat Transfer
7/76
传热学 Heat Transfer
8/76
传热学 Heat Transfer
3、说明 （ 1 ） h 珠 >h 膜
41/76
传热学 Heat Transfer
孤立汽泡区 The region of isolated bubbles
42/76
传热学 Heat Transfer
汽块区 The region of slugs and columns
43/76
传热学 Heat Transfer
过渡沸腾 Transitional boiling regime

47/76
传热学 Heat Transfer
Burnout will take place
48/76
传热学 Heat Transfer
三、汽泡动力学简介 汽泡动力学（Bubble Dynamics） 汽泡的产生、成长、脱离过程 1、必须维持一定的过热度 浮升力＝重力 表面张力＝汽泡内外压力差
2R pv pl R 2
一、Nusselt的分析解
1、对实际问题的简化
（1）常物性 （2）饱和蒸汽总体静止 忽略相界面粘性力
（3）液膜流动缓慢
（4）汽液界面上无温差 （5）膜内温度线性分布 （6）液膜的过冷度忽略 （7）忽略蒸汽密度
（8）液膜表面光滑平整无波动
13/76
传热学 Heat Transfer
边界层微分方程组：
2 R pv pl
49/76
传热学 Heat Transfer
2、汽化核心
加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心 这些地方的过热度要保证
2 R pv pl
50/76
传热学 Heat Transfer
3 汽泡的脱离直径和频率
D~ g pv pl

表面张力越大，越不容易脱离 浮升力越大，越容易脱离
Df a C a 0.5 , 1 , 2
51/76
传热学 Heat Transfer
4、沸腾传热的数学模型
目前传热学研究的热点之一！ Aggressive Creative Self-motivated
52/76
传热学 Heat Transfer
36/76
传热学 Heat Transfer
37/76
传热学 Heat Transfer
38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation）
2、沸腾（boiling）
（1）定义 工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
u v x y 0 u u dp 2u l (u x v y ) dx l g l 2 y t t 2t u x v y al 2 y
14/76
传热学 Heat Transfer
考虑（3）液膜的惯性力忽略
2 l 3 l 1/4
21/76
传热学 Heat Transfer
（3）假设8似乎没用到？
（4）定性温度
ts tw tm 2
注意：r 按 ts 确定
22/76
传热学 Heat Transfer
二、垂直管与水平管的比较和实验验证
1、比较 水平管与垂直管的对流换热系数之比：
hH 0.729 l hV 0.943 d l 0.77 d
2 l 3 l
竖直表面
gr h 1.13 l l t s t w
2 3 l l
14
28/76
传热学 Heat Transfer
3、例7-1 压力为1.013×105Pa 的水蒸气在方形竖壁上凝 结。壁的尺寸为30cm×30cm，壁温保持98℃。 计算每小时的热换量及凝结蒸汽量。
44/76
传热学 Heat Transfer
膜态沸腾film boiling
45/76
Subcooled Pool Boiling
MEB on a heated wire
传热学 Heat Transfer
46/76
传热学 Heat Transfer
2、工程指导 临界热流密度(Critical Heat Flux) qmax及相对 应的过热度t具有重要的意义 对于热流密度可 以控制的情况 对于壁温可以控 制的情况
29/76
传热学 Heat Transfer
（1）水蒸气 ts=100C r （2）定性温度 液膜物性 （3）选用层流公式 竖直表面 （4）核算Re （5）换热量
gr h 1.13 l l t s t w
2 3 l l 14
（6）蒸汽凝结量
30/76
4/76
传热学 Heat Transfer
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation) 沿整个壁面形成一层薄膜，并且在 g
（2）珠状凝结很难保持，工程中遇到的凝
结传热大多属于膜状凝结 （3）主要热阻 （4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
9/76
传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环
2、电厂的凝汽器
3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer
11/76
传热学 Heat Transfer
l g 1 2 u y y l 2
t t w t s t w y
？
17/76

传热学 Heat Transfer
（2） 液膜厚度 质量守恒
qm

0
l 2 g 3 l u dy 1 3l
l 2 g 2 dqm d l
1 4 1 4
l 50 d
hH 2.0 hV
23/76
传热学 Heat Transfer
2、实验验证 （1）水平单管
（2）竖表面
gr h 1.13 l l t s t w
2 3 l l
14
24/76
传热学 Heat Transfer
三、湍流膜状凝结
1、液膜的流态
39/76
传热学 HeaLeabharlann Transfer（2）分类
饱和沸腾
过冷沸腾
强制对流沸腾
大容器沸腾(池沸腾)
↗
加热壁面沉 浸在具有自 由表面的液 体中所发生 的沸腾
二、大容器饱和沸腾
40/76
传热学 Heat Transfer