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理學對流換熱ppt課件-資料下載頁

2025-03-22 06:00本頁面
  

【正文】 :加熱面沉浸在無強制對流的液體內(nèi)部而引起的沸騰傳熱過程。 ?液體加熱沸騰的特征 :液體內(nèi)部的加熱壁面上不斷有氣泡生成、長大、脫離和浮升到液體表面。 液體在壁面附近加熱,產(chǎn)生氣泡,氣泡逐漸長大,脫離表面,自由上浮,遠處溫度較低的液體不斷流向加熱面,屬于自然對流;同時氣泡的運動導致液體擾動,兩者加和是一種很強的對流傳熱過程。 Ⅰ : AB段,自然對流區(qū) 加熱壁面的過熱度 Δt 較 小,只有少量汽化核心, 氣泡少,長大速度較慢, 不能脫離壁面,因而看 不到沸騰現(xiàn)象,熱量依 靠自然對流由壁面?zhèn)鬟f 到液體主體,蒸發(fā)在液 體自由表面進行 ,h隨 Δ t的增大略有增大。 Δt 常壓下水沸騰時 h與 Δt 的關(guān)系 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 自然對流 核狀沸騰 膜狀沸騰 α A B C D Ⅱ : BC段 , 核狀沸騰區(qū) 隨著加熱壁面的過熱度 Δt不斷加大,汽化核心數(shù)多 ,氣泡生成速度、成長速度及浮升速度都加快,氣泡的產(chǎn)生、長大、脫離、上升,劇烈的擾動了液體,起到了攪拌的作用,使 h隨 Δt 的增大而迅速增大。 Δt 常壓下水沸騰時 h與 Δt 的關(guān)系 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 自然對流 核狀沸騰 膜狀沸騰 α A B C D Ⅲ : CD段 —— 膜狀沸騰區(qū) 隨著 Δt 繼續(xù)增大,汽化核心數(shù)目↑ ,氣泡產(chǎn)生速度大于脫離的速度,形成一層氣膜,覆蓋在加熱壁面上,使液體不能與加熱壁面接觸。由于氣膜熱阻大,使 h急劇下降到 D點。 D點以后, Δt 再增大,加熱壁面溫度 tw進一步增高,壁面全部被氣膜覆蓋,壁面的熱量除了通過導熱與膜內(nèi)蒸汽的對流傳給液體之外,輻射的傳熱量急劇增大,使點 D以后的沸騰傳熱的h進一步增大。 ? Δt 常壓下水沸騰時 h與 Δt 的關(guān)系 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 自然對流 核狀沸騰 膜狀沸騰 α A B C D C點:臨界點,核狀 → 膜狀 Δt c:臨界溫度差,一般控制 Δt < Δt c ※ 沸騰 溫度差小 形成氣泡核心 泡核沸騰 強烈泡核沸騰 膜狀沸騰 h泡核沸騰 > h膜狀沸騰 ?液體物性:冷凝液的熱導率 ↑ ,密度 ↑ ,黏度 ↓ ,表面張力 ↓ ,沸騰傳熱速率 ↑ ?溫度差: (見沸騰曲線) ?操作壓力: p↑→t s↑→μ↓ , σ↓→h↑ ?加熱面狀況:新的或清潔的壁面, h較大。壁面越粗糙,汽化核心越多,越有利于沸騰傳熱。 六、選用對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的注意事項 針對所要解決的傳熱問題的類型,選擇適當?shù)年P(guān)聯(lián)式; 要注意關(guān)聯(lián)式的應用范圍、特性尺寸的選擇和定性溫度的確定; 應注意正確使用各物理量的單位,各特征數(shù)的量綱為一;對于純經(jīng)驗公式,必須使用公式所要求的單位; 應注意學會分析關(guān)聯(lián)式中各物理量對 h的影響,其影響大小可以通過指數(shù)的大小來判斷; h的大致范圍參考下表。 傳熱類型 α 傳熱類型 α 空氣自然對流 525 水蒸氣冷凝 500015000 空氣強制對流 30300 有機蒸汽冷凝 5003000 水自然對流 2001000 水沸騰 150030000 水強制對流 10008000 有機物沸騰 50015000 有機液體強制對流 5001500 七、換熱器的分類: ?按用途分類 加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器 ?按冷、熱流體的傳熱方式分類 兩流體直接接觸式換熱器 蓄熱式換熱器 間壁式換熱器 夾套式換熱器 蛇管換熱器 噴淋式換熱器 套管式換熱器 螺旋板式換熱器 ?優(yōu)點 : 總傳熱系數(shù)高,結(jié)構(gòu)緊湊,單位體積設備提供的傳熱面積大;操作靈活性大,可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)板片數(shù)目以增減傳熱面積或以調(diào)節(jié)流道的辦法,適應冷、熱流體流量和溫度變化的要求;加工制造容易、檢修清洗方便、熱損失小。 ?缺點 : 允許操作壓力較低,處理量不大;操作溫度不能太高;因板間距小,流道截面較小,流速亦不能過大。 板翅式換熱器 熱管式換熱器 常用于高溫氣體向低溫氣體傳遞熱量 浮頭式和 U形管式可以在一定程度上消除熱應力。 U型管式 八、傳熱過程的強化 目的 采取措施提高單位面積的傳熱量 Q/A,或減小單位熱負荷所需的傳熱面積 A/Q 改進換熱器結(jié)構(gòu)以增大單位體積的傳熱面積 A/V,或在 Q/A一定的條件下減小兩流體之間溫度差 Δt m 增大傳熱平均溫度差 Δtm 流體的溫度一般由生產(chǎn)工藝條件所決定,不能隨意變動; 兩側(cè)流體為變溫傳熱,從設備結(jié)構(gòu)上盡可能保證逆流或接近逆流操作。 以增大 Δt m強化傳熱有一定的限度。 增大單位體積的傳熱面積 A/V 采用新型的高效強化傳熱面,可以擴展傳熱面積, 并且能增強傳熱面附近的流體的湍動程度。 增大總傳熱系數(shù) K 強化傳熱的最有效途徑; 要 ↑ K值,必須 ↓ 金屬壁、污垢及兩側(cè)流體等熱阻中較大者的熱阻 提高無相變流體的 α值的主要措施 : 增大流體流速 u u↑→ 湍動程度 ↑ → 層流底層厚度 ↓ → α ↑ u↑ → △ p ↑ u的增大受到一定限制。 管內(nèi)插入旋流元件 金屬螺旋圈、麻花鐵、扭帶等 ↑ 湍動程度, ↑ α 改變傳熱面形狀和增加粗糙度 把加熱面加工成波紋狀、螺旋槽狀、縱槽狀、翅片狀等,或擠壓成皺紋、小凸起,或燒結(jié)一層多孔金屬層,增加粗糙程度,以增大 α值。
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