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1、教师：刘银河教师：刘银河日期：日期：2008-5 管内放热系数管内放热系数2：表征热量传递能力。表征热量传递能力。 单相流体：单相流体：2102103 W/(m2)， 沸腾换热：沸腾换热：2高达高达104 W/(m2)。传热恶化：传热恶化：在未发生各种水动力不稳定性和在未发生各种水动力不稳定性和热偏差很大的情况下，沸腾管管壁超温烧热偏差很大的情况下，沸腾管管壁超温烧损。即损。即2急剧降低，壁温飞升。急剧降低，壁温飞升。研究管内沸腾放热系数的目的：研究管内沸腾放热系数的目的： 强化传热，强化传热，保证管壁不致过热烧坏，提出减轻传热恶保证管壁不致过热烧坏，提出减轻传热恶化的方法。化的方法。 1.管
2、内沸腾换热区间管内沸腾换热区间A：x0，过热度低不能产生汽泡，过热度低不能产生汽泡B：x0，液膜较厚，液膜较厚 D：液膜减薄，不能产生汽泡，核态沸腾：液膜减薄，不能产生汽泡，核态沸腾受到抑制受到抑制 E：液膜消失，壁面干涸：液膜消失，壁面干涸 F：欠液区，蒸汽携带液滴，某截面：欠液区，蒸汽携带液滴，某截面x=1，x1区域，液滴处于热力学不平衡状区域，液滴处于热力学不平衡状态态G：x1,单相蒸汽强制对流换热单相蒸汽强制对流换热 2.2.管内沸腾换热机理管内沸腾换热机理 A：液体单相对流。：液体单相对流。2 2=f(t=f(tgzgz,w,w) )略有增加。略有增加。B：过冷沸腾，对流为主向沸：过
3、冷沸腾，对流为主向沸腾（潜热传递）转移。腾（潜热传递）转移。2 2= = f(tf(tgzgz,w,q,w,q) )明显增加。明显增加。C ：饱和核态沸腾。：饱和核态沸腾。x x0.30.3，2 2= f(q= f(q) )；后期宏观对流；后期宏观对流影响增加，影响增加，2 2。存在猛。存在猛烈的微观对流。烈的微观对流。 D ：双相强制对流为主，沸腾转为表面蒸发。：双相强制对流为主，沸腾转为表面蒸发。沸腾沸腾对流。对流。 2。 E：液膜被蒸干或撕破。：液膜被蒸干或撕破。 2 F：欠液换热区。热力学不平衡区，：欠液换热区。热力学不平衡区，热量传递途径：热量传递途径：1.由壁面由壁面蒸蒸汽汽液滴，
4、液滴，2.壁面壁面撞击到壁面上的液滴，撞击到壁面上的液滴，3.以壁面辐射方式传以壁面辐射方式传递。递。w大，大， 2 。 w小，小， 2 沿虚线变化沿虚线变化。G ：单相对流。：单相对流。2=f(tgz) 增加。增加。E3.3.壁温壁温A：tb随工质温度的升高而随工质温度的升高而增加。增加。B、 C和和D：2很大且不断很大且不断增加，增加， tb略有下降。略有下降。E：水膜消失，水膜消失，2急剧下降，急剧下降，tb飞升（温度变化区域很飞升（温度变化区域很小，飞升值很高）。小，飞升值很高）。F：w大，大，2，tb； w小，小，2，tb ，虚，虚线。线。G： tb随工质温度的升高而随工质温度的升高
5、而增加。增加。2bgzqtt4.4.热负荷对沸腾换热的影响热负荷对沸腾换热的影响 qq，A A和和D D区缩小，区缩小，B B、C C和和F F区区扩大位置提前，干涸点出现扩大位置提前，干涸点出现在在x x更低的位置。如曲线更低的位置。如曲线2 2。 曲线曲线2 2，气化核心增多，汽泡，气化核心增多，汽泡产生和脱离频率增加，导致产生和脱离频率增加，导致沸腾区沸腾区2 2。D D区区2 2增加增加不多。不多。q qq qcrcr，q q，恶化机理变化，恶化机理变化，核态沸腾核态沸腾膜态沸腾。如曲膜态沸腾。如曲线线3 43 4所示。所示。q q更大，过冷沸腾更大，过冷沸腾膜态沸腾。膜态沸腾。如曲线
6、如曲线5 5所示。所示。 1. 两类沸腾传热恶化两类沸腾传热恶化 dxwpfqcr, 第一类传热恶化：第一类传热恶化：q q较高，较高，x x较小的核态沸腾区，较小的核态沸腾区， q q q qcrcr，由于管子内壁的汽化核心密集，汽泡的脱，由于管子内壁的汽化核心密集，汽泡的脱离速度小于汽泡的生长速度，在管壁上形成连续的离速度小于汽泡的生长速度，在管壁上形成连续的汽膜，出现膜态沸腾。此时，管壁得不到液体的冷汽膜，出现膜态沸腾。此时，管壁得不到液体的冷却，放热系数却，放热系数2 2显著下降，显著下降，t tb b飞升值很高。通常称飞升值很高。通常称为为偏离核沸腾（偏离核沸腾（DNBDNB）、烧毁
7、（）、烧毁（burnoutburnout）、）、 快速危快速危机机。 特征参数：特征参数：临界热负荷临界热负荷q qcrcr（CHFCHF）特征参数：特征参数：发生传热恶化时的含汽率发生传热恶化时的含汽率xeh dqwpfxeh, 第二类传热恶化：第二类传热恶化：q q较低，较低，x x较高的液滴环较高的液滴环状流后期，由于液膜因蒸发或中心汽流的卷吸状流后期，由于液膜因蒸发或中心汽流的卷吸撕破使液膜部分或全部消失，该处的壁面直接撕破使液膜部分或全部消失，该处的壁面直接与蒸汽接触而得不到液体的冷却，与蒸汽接触而得不到液体的冷却，2 2明显下降，明显下降，壁温升高。通常称为壁温升高。通常称为蒸干（
8、蒸干（drydryoutout）、慢速）、慢速危机危机。影响影响第二类传热第二类传热恶化恶化x xeheh的因素的因素qq，x xeheh点位置前移；点位置前移；pp，和和减小，液膜减小，液膜的稳定性降低，的稳定性降低，x xeheh点位置点位置前移；前移； 存在存在(w)(w)jxjx使使x xeheh最小。最小。 ww (w)(w)jxjx，主汽流与，主汽流与液膜相对速度随液膜相对速度随ww增加而增加而增大，液膜易被撕破，传增大，液膜易被撕破，传热恶化提前；热恶化提前； ww较高，主汽流与液膜相较高，主汽流与液膜相互作用已趋稳定，沉降水互作用已趋稳定，沉降水滴增多，传热恶化推迟。滴增多，传
9、热恶化推迟。 2. 两类传热恶化的异同两类传热恶化的异同共同点：共同点：管壁得不到液体的冷却，管壁得不到液体的冷却，2 2,t tb b。不同点：不同点：流型，恶化位置，恶化机理，后果。流型，恶化位置，恶化机理，后果。 第一类传热恶化：第一类传热恶化：泡状流，核态沸腾区和膜态沸腾，泡状流，核态沸腾区和膜态沸腾，q q大，大，x x小，小，2 2， t tb b(1000(10002000)2000)。 第二类传热恶化：第二类传热恶化：液滴环状流，两相强制对流区，液滴环状流，两相强制对流区，蒸干，蒸干， q q小，小，x x大，大，2 2， t tb b(250(250300 )300 )。3.
10、 水平管传热恶化水平管传热恶化 管子顶部先发生恶化。管子顶部先发生恶化。 t tb.sb.s t tb.xb.x。 过大过大t tsxsx，疲劳损坏。，疲劳损坏。ww，恶化推迟，壁温，恶化推迟，壁温飞升值飞升值及及t tsxsx下降。下降。 pp，恶化提前，上下，恶化提前，上下壁的壁的x xeheh的差值增大。的差值增大。 qq，恶化提前，恶化提前， t tb.sb.s飞升值及飞升值及t tsxsx增大。增大。 实验确定实验确定q qcrcrf(xf(xeheh),),两两种情况。曲线种情况。曲线1 1难以判难以判断两类恶化。断两类恶化。 曲线曲线2 2abab：第一类传热恶化。：第一类传热恶
11、化。q q ，x xeheh 。bcdbcd：第二类传热恶化：第二类传热恶化。垂直段垂直段 bcbc，x xeheh与与q q无无关；关；cdcd段，段， q q，x xeheh 。 第二类传热恶化第二类传热恶化液滴环状流，液膜汽液表面呈波浪状。液滴环状流，液膜汽液表面呈波浪状。 中心汽流中心汽流：可卷吸波峰的部分液膜；可卷吸波峰的部分液膜；也可通也可通过过紊流扩散将中心汽流中的液滴沉积到液膜。紊流扩散将中心汽流中的液滴沉积到液膜。当快蒸干时，液膜表面波浪消失，变得非常平滑，当快蒸干时，液膜表面波浪消失，变得非常平滑，称为微观液膜。此时：称为微观液膜。此时：中心汽流不再卷吸液中心汽流不再卷吸液
12、膜上的液滴，而汽流中的液滴则可能沉积膜上的液滴，而汽流中的液滴则可能沉积“润润湿湿” ” 液膜。液膜。出现出现“阻力危机阻力危机”，此时有，此时有x xpp。而而x xehehxxpp，但两者值非常接近。，但两者值非常接近。试验表明，试验表明，x xppf f（p p，ww），与），与q q无关。无关。 设将液滴推向液膜的力为设将液滴推向液膜的力为F F1 1，阻止液滴沉积到液膜上，阻止液滴沉积到液膜上的阻力为的阻力为F F2 2，当，当F F1 1 F F2 2时，液滴就能沉降，反之则不时，液滴就能沉降，反之则不能。能。ww越大，越大，F F1 1也越大；而也越大；而q q越高，越高，F F
13、2 2越大。越大。q q较高，较高，ww较低，液滴不能沉积，较低，液滴不能沉积，x xpp以后的微观液以后的微观液膜量不变，液膜所蒸发的膜量不变，液膜所蒸发的xx为常数，也与为常数，也与q q无关。无关。x xehehx xppxxf f（p p，ww），与），与q q无关，出现无关，出现bcbc段。此段。此时时t tb b飞升值较高。飞升值较高。q q较低，较低，ww较高，液滴能够沉积。较高，液滴能够沉积。q q，润湿液膜的润湿液膜的液滴增多，液滴增多，x xeheh，即，即x xeheh与与q q有关有关。t tb b飞升值较低。飞升值较低。ww，F F1 1，润湿液膜增强，因此，在原有的
14、，润湿液膜增强，因此，在原有的x xeheh下下要要发生蒸干，热负荷就需要增大，即发生蒸干，热负荷就需要增大，即cdcd段上移。段上移。ww很很大，大，bcbc垂直段消失。垂直段消失。 第一类传热恶化，防止，第一类传热恶化，防止， q qcr 。 第二类传热恶化，推迟，第二类传热恶化，推迟，保证保证tb在允许值以内。在允许值以内。 措施：措施： 合理安排受热面热负荷合理安排受热面热负荷 适当提高质量流速适当提高质量流速 加强流体在管内的扰动加强流体在管内的扰动 内螺纹管：内螺纹管：中心汽流旋转使水滴易沉降到液膜上，中心汽流旋转使水滴易沉降到液膜上，推迟蒸干；推迟蒸干；近壁层汽流旋转加强了对边界
15、层的扰近壁层汽流旋转加强了对边界层的扰动，强化传热；动，强化传热；内螺纹槽中的液膜不易被中心汽内螺纹槽中的液膜不易被中心汽流卷吸携带；流卷吸携带；降低内壁热负荷。降低内壁热负荷。内螺纹管内螺纹管（2）扰流子）扰流子各传热区域放热系数的计算公式 参见课本p476480页思思 考考 题题 1. 1. 什么是第一类传热及第二类传热恶化，两类传热什么是第一类传热及第二类传热恶化，两类传热恶化各有何特点？恶化各有何特点？ 2. 2. 为什么在第二类传热恶化中会出现恶化时的含汽为什么在第二类传热恶化中会出现恶化时的含汽率与热负荷无关现象？率与热负荷无关现象？3. 3. 防止或推迟传热恶化的措施有哪些？防止或推迟传热恶化的措施有哪些？