概述
概述
➢ 相变传热的定义
对流传热的同时伴随相的变化
➢ 特点
过程中流体温度不变，ts=const. 潜热大，相同条件下传热量大于单相介质对流传热量
传热温差小，传热系数大
➢ 计算方法
q ht
凝结换热：Δt=ts-tw 沸腾换热：Δt=tw-ts
4.1 沸 腾 传 热
1. 概 述
蒸发 (evaporation) ➢ 定义：当tw>ts时，液体强烈汽化并形沸成腾汽泡(b的oil过ing程) 称为沸腾
r v R
✓ 汽泡最小半径
Rmin
2 Ts r v t
2 Ts rv (tw ts )
4.1 沸 腾 传 热
均相成核：过热液体中的汽化成核理论
最大过热度（p=1atm）
液体种类 可达到的最大过热度，K 实验值 理论计算值
水
170
166
甲醇
114
96
乙醇
123
93
乙醚
108
92
苯
128
124
氯苯
118
残留有微量气体，成为汽泡核 凹缝、裂穴处：
接触液体的壁面温度最高
4.1 沸 腾 传 热
均相成核：过热液体中的汽化成核理论
➢ 成核过程
➢ 成核条件
表面张力N/m
✓力平衡条件 R2 pv pl 2 R ✓ 热平衡条件 Tv Tl Ts
p 2
R T Ts p rv
pv>pl
蒸汽饱和
液体必过热 t 2Ts
汽块区：汽泡相互靠近融合，形成汽块或汽柱 在C点，汽泡融合非常剧烈，形成大的汽块附着于加热 面而使传热性能下降，因此，CD曲线相对于BC来说较为平 缓，核态沸腾传热规律发生变化。
4.1 沸 腾Biblioteka 传 热（3）过渡沸腾区 30℃≤Δt<120℃ 壁面过热度增大
汽泡汇聚覆盖加热面增大 传热性能下降
4.1 沸 腾 传 热
129
4.1 沸 腾 传 热
非均相成核：加热壁面上的汽化成核理论 ➢ 成核过程 ➢ 成核条件
① 具有一定的过热度(twts) ② 壁面凹腔处，且r>Rmin ③ (twts)越大，则Rmin越小
Rmin
2 Ts r v t
2 Ts rv (tw ts )
壁面会形成更多的汽化核心N(r)
4.1 沸 腾 传 热
1. 大容器饱和核态沸腾
➢ 米海耶夫计算式
h 0.5335q0.7 p0.15 q ht
h 0.1224t2.33 p0.5
工质：水，p=1×105~4×106Pa；p: Pa, q: W/m2
➢ 罗森诺实验关联式
cpl t
rPrl s
Cwl
q
rl
0.33
g ( l
v )
组合经验常数
（4）稳定膜态沸腾区（Δt>120℃） 通过汽膜的辐射传热占有重要的地位 稳定膜态沸腾与膜状凝结类似，不过因为热量必须穿过
的是热阻较大的汽膜，而不是液膜，所以表面传热系数比凝 结小得多。
4.1 沸 腾 传 热
3. 沸腾成核理论
汽化核心：能产生汽泡的特定地点 液体内部产生：均相成核 加热壁面上产生：非均相成核
qmax
kr
1/ v
2
[g
(
l
v )]1/ 4
说 明：
k=0.10~0.19
➢ 对于一般液体，k可取0.16；
➢ 物性参数按饱和温度确定；
➢ 加热面的特征尺寸远大于汽泡平均直径；
➢ qmax主要受压力影响。
4.2 大容器沸腾传热计算
3. 大容器膜态沸腾
水平圆柱膜态沸腾
有效汽化潜热
1
h
0.62
Cwl
0.013 0.013 0.006 0.00305 0.00225 0.015 0.101 0.0027 0.0128 0.0154 0.0070 0.0080 0.0133 0.0132
罗森诺实验关联式与实验数据比较
4.2 大容器沸腾传热计算
2. 大容器饱和沸腾临界热流密度（CHF）
朱伯（N. Zuber）半经验公式
传热学课件
第四章 相变对流传热分析与计算
主要内容
概述 沸腾传热
大容器饱和沸腾曲线 沸腾传热的计算 影响因素及其强化 流动沸腾传热特征
凝结传热
凝结方式 Nusselt膜状凝结理论 影响因素及其强化
概述
➢ 日常生活中的相变传热过程
汽化 凝结
心急水不开；欲速则不达
发汗冷却
➢ 工程实例
锅炉水冷壁 凝汽器
4. 汽泡动力学简介
研究汽泡的产生、长大、脱离过程
4.2 大容器沸腾传热计算
沸腾传热计算特点
牛顿冷却公式仍然适用 q htw ts ht
影响因素多
h f [t, g(1 v ), r, ,cp ,,,Cwl ]
与沸腾液体及表面材料有关的系数
计算公式分歧较大
4.2 大容器沸腾传热计算
经验指数，水：s=1；其它液体：s=1.7
物性参数按饱和温度确定
W.M. Rohsenow (1921-2011)
4.2 大容器沸腾传热计算
各种表面-液体组合情况的Cwl值
表面-液体组合情况
水-铜 水-铂 水-黄铜 正丁醇-铜 异丙醇-铜 正戊烷-铬 苯-铬 乙醇-铬 水-金钢砂磨光的铜 正戊烷-金钢砂磨光的铜 四氯化碳-金钢砂磨光的铜 水-金、磨光的不锈钢 水-化学腐蚀的不锈钢 水-机械磨光的不锈钢
g
v
v3
(r 0.8cpvt)(l vd0 (tw ts )
v
)
4
蒸汽物性按(tw+ts)/2 确定，其他按ts确定
临界热流密度的工程意义
热流密度可控 电加热、核反应堆 烧毁点 DNB：监视点
壁温可控 蒸发冷凝器
沸腾滞后
4.1 沸 腾 传 热
基本特征
（1）自然对流区 ：无气泡产生，0℃≤Δt<4℃ （2）核态沸腾区（4℃≤Δt<30℃ ） 孤立汽泡区：气泡独立地产生、长大、脱离，互不影响
4.1 沸 腾 传 热
此时，加热壁面与液体之间的传热称为沸腾传热
水在锅炉水冷壁中的沸腾汽化； ➢ 实例： 制冷剂在蒸发器内的蒸发；
➢ 分类： 大容器沸腾
(池沸腾 pool boiling)
强制对流沸腾
(流动沸腾 flow boiling)
过冷沸腾
(subcooled boiling)
饱和沸腾
(saturated boiling)
4.1 沸 腾 传 热
2. 大容器饱和沸腾曲线
q与壁面过热度Δt关系曲线
拔山(Nukiyama)曲线, 1934年
分区： 自然对流区 核态沸腾区 孤立汽泡区 汽块区 过渡沸腾 膜态沸腾
大气压下水沸腾曲线
4.1 沸 腾 传 热
几个特殊的点
起始沸腾点：A点 临界点：D点→qmax(CHF) 偏离核态沸腾点(DNB)：C点 Leidenfrost点：E点→qmin