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1、第二课 珠状冷凝 上海交通大学 核工系珠状凝结简介珠状凝结简介 v当凝结率很低时，开始凝结时是在凝汽器表面上形成一些离散的凝结液滴。随着时间增加，在表面上形成的液滴愈来愈多，已有的液滴将由于直接凝结或与其他液滴合并而长大。在正常情况下，表面为愈来愈多的液滴所覆盖，直到形成连续的液膜，然后由于重力或蒸汽的剪切作用从表面排走。可是在有些情况下，形成较大的液滴在成为连续的液膜以前就从表面上滚下更快，则珠状凝结将转变成膜状凝结。v当蒸汽在磨光的铜表面凝结时，可能发生珠状凝结，而在凝汽器中一般用的是已氧化的铜表面及其他表面，他们要经过特殊的处理后才能形成珠状凝结。这样的处理包括表面涂塑料及表面镀金。另一
2、种办法是在蒸汽中加入少量的珠状凝结促进剂。在运行中促进剂就能优先湿润表面并形成一层不容易被主要的凝结蒸汽所润湿的表面层。油酸是这种促进剂的一种例子。v珠状凝结完全是一种动力学过程。液滴的形成，长大和滚落表面的周期是很短的。由于过程的瞬时性以及连续从表面上清除凝结液而使金属表面裸露，因而具有很高的传热系数。传热系数值可高达同样情况下膜状凝结时的10倍。v由于珠状凝结能达到很高的传热系数，因而已进行相当多的工作，以寻找实际应用这一过程的方法。尽管如此，目前珠状凝结几乎还没有得到实际的应用。 v这可能是由于下列原因：v1. 由于污染而难以长期维持适合珠状凝结的表面。v2. 即使得到良好的表面，蒸汽的
3、剪切作用也可能把液滴扩展成连续的液膜（OBara、Killiam和Roblee，1977）。v3. 由于珠状凝结通常仅能在凝结低压蒸汽时才能达到，因而限制了它的应用范围。v适用于珠状凝结设计的关系式很少为人所知，而且与膜状凝结的相应的方程相比，应用更加困难，并可能不准确。凝结换热的强化凝结换热的强化 v在热交换器中凝结液膜的热阻，通常不是最重要的热阻。可是在个别情况下，凝结液膜的热阻与其他热阻相比是重要的，此外降低这一热阻可以得到好处。降低热阻的一种方法在前一章中已经讨论过，就是将膜状凝结变为珠状凝结。 v可是正如已经讨论过的，这种办法并不总是可靠的，因而已经找到一些其他方法。本节讨论的是为提
4、高膜状凝结传热系数而研制出来的一些特殊管子。波形管就是一种这样的管子。这基本是一根表面上带有精细波纹的管子，如图68所示。 v这种型式的管子的效能已由Carnavos（1965）所证实。他发现这些管子凝结侧传热系数的数值与珠状凝结时所得到的数值相当,大约为相应的光管在同样热通量下膜状凝结传热系数的五倍。如果冷却剂侧也能得到这样高的传热系数，则这样高的传热系数是有益的，否则提高凝结侧的传热系数就没有什么多大好处。 v已经研制出来用于凝结的其他一组管子的结构示于图69中。这些管子主要是打算作为垂直管应用的，其外侧凝结，管内为单相流体。 vNewson和Hodgson（1973）指出，这些管子的传热
5、系数可把Nusselt解析应用于槽与槽之间的垂直距离来进行估算，槽本身则认为是不起作用的。他们得到的结果如下： 4/1)(bnHLHnbHhhLLLNuLLv这种型管子有一个特点：管内单向流的传热系数由于螺旋形螺纹所产生的旋流作用而增大。当然管内的压降也增大，但是应用这些管子仍然是有好处的。图69给出了用这些管子得到的总传热系数与光管相比较的例子。图中附表给出了管子的详细情况。在此表中，“管子型式”的字母指的就是图69中的字母，“螺旋比”是螺距除以管子内周界，“槽比”是槽的深度除以管内流动的平均水力直径。在Newson和Hodgson（1973）的论文中，给出了有关这种型式管子性能的进一步理论数据和试验数据。v用图69所示的各种管子型式得到的总传热系数的例子 本次课结束！