福州大学化工原理电子教案传热 64沸腾给热与冷凝给 液体沸腾和蒸汽冷凝必须伴有流体的流动,故沸腾给热和冷凝给热冋样属于对流传热。但与前面所讲 的对流不同,这两种给热过程伴有相变化。相变化的存在,使给热过程有其特有的规律。 641沸腾给热 按设备的尺寸和形状可分为 大容器沸腾:加热壁面浸入液体,液体被加热而引起的无强制对流的沸腾现象。 管内沸腾:在一定压差下流体在流动过程中受热沸腾(强制对流);此时液体流速对沸腾过程有影响, 而且加热面上气泡不能自由上浮,被迫随流体一起流动,出现了复杂的气液两相的流动结构。 工业上有再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉等都是通过沸腾传热来产生蒸汽。管内沸腾的传热机理比大容器 沸腾更为复杂。本节仅讨论大容器的沸腾传热过程。 (1)大容积饱和沸腾 根据管内液流的主体温度是否达到相应压力下的饱和温度,沸腾给热还有过冷沸腾与饱和沸腾之分。 若液流主体温度低于饱和温度,而加热表面上有气泡产生,称为过冷沸腾。此时,加热面上产生的气泡或 在脱离之前、或脱离之后在液流主体中重新凝结,热量的传递就是通过这种汽化—一冷凝过程实现的。当 液流主体温度达到饱和温度,则离开加热面的气泡不再重新凝结。这种沸腾称为饱和沸腾 (2)气泡的生成和过热度 由于表面张力的作用,要求气泡内的蒸气压力大于液体的压力。而气泡生成和长大都需要从周围液体 中吸收热量,要求压力较低的液相温度高于汽相的温度,故液体必须过热,即液体的温度必须高于气泡内 压力所对应的饱和温度。在液相中紧贴加热面的液体具有最大的过热度。液体的过热是新相一一小气泡生 成的必要条件。 (3)粗糙表面的气化核心 开始形成气泡时,气泡内的压力必须无穷大。这种情况显然是不存在的,因此纯净的液体在绝对光滑 的加热面上不可能产生气泡。气泡只能在粗糙加热面的若干点上产生,这种点称为气化核心。无气化核心 则气泡不会产生。过热度增大,气化核心数增多。气化核心是一个复杂的问题,它与表面粗糙程度、氧化 情况、材料的性质及其不均匀性质等多种因素有关 (4)大容积饱和沸腾曲线 膜状沸腾 表面汽化核状沸腾 不稳定膜状 1001000 妣=T→t,(℃) 如图所示,以常压水在大容器内沸腾为例,说明M对的a影响。 ①AB段,△=t-l,Mt很小时,仅在加热面有少量汽化核心形成汽泡,长大速度慢,所以加热面与 液体之间主要以自然对流为主。 在此阶段,汽化现象仅发生在液体表面,严格说还不是沸腾,而是表面汽化。此阶段,a较小,且随
福州大学化工原理电子教案 传热 - 1 - 6.4 沸腾给热与冷凝给热 液体沸腾和蒸汽冷凝必须伴有流体的流动，故沸腾给热和冷凝给热同样属于对流传热。但与前面所讲 的对流不同，这两种给热过程伴有相变化。相变化的存在，使给热过程有其特有的规律。 6.4.1 沸腾给热 按设备的尺寸和形状可分为： 大容器沸腾：加热壁面浸入液体，液体被加热而引起的无强制对流的沸腾现象。 管内沸腾：在一定压差下流体在流动过程中受热沸腾（强制对流）；此时液体流速对沸腾过程有影响， 而且加热面上气泡不能自由上浮，被迫随流体一起流动，出现了复杂的气液两相的流动结构。 工业上有再沸器、蒸发器、蒸汽锅炉等都是通过沸腾传热来产生蒸汽。管内沸腾的传热机理比大容器 沸腾更为复杂。本节仅讨论大容器的沸腾传热过程。 （1）大容积饱和沸腾 根据管内液流的主体温度是否达到相应压力下的饱和温度，沸腾给热还有过冷沸腾与饱和沸腾之分。 若液流主体温度低于饱和温度，而加热表面上有气泡产生，称为过冷沸腾。此时，加热面上产生的气泡或 在脱离之前、或脱离之后在液流主体中重新凝结，热量的传递就是通过这种汽化——冷凝过程实现的。当 液流主体温度达到饱和温度，则离开加热面的气泡不再重新凝结。这种沸腾称为饱和沸腾。 （2）气泡的生成和过热度 由于表面张力的作用，要求气泡内的蒸气压力大于液体的压力。而气泡生成和长大都需要从周围液体 中吸收热量，要求压力较低的液相温度高于汽相的温度，故液体必须过热，即液体的温度必须高于气泡内 压力所对应的饱和温度。在液相中紧贴加热面的液体具有最大的过热度。液体的过热是新相——小气泡生 成的必要条件。 （3）粗糙表面的气化核心 开始形成气泡时，气泡内的压力必须无穷大。这种情况显然是不存在的，因此纯净的液体在绝对光滑 的加热面上不可能产生气泡。气泡只能在粗糙加热面的若干点上产生，这种点称为气化核心。无气化核心 则气泡不会产生。过热度增大，气化核心数增多。气化核心是一个复杂的问题，它与表面粗糙程度、氧化 情况、材料的性质及其不均匀性质等多种因素有关。 （4）大容积饱和沸腾曲线 如图所示，以常压水在大容器内沸腾为例，说明t 对的影响。 ① AB 段，t=tw－ts，t 很小时，仅在加热面有少量汽化核心形成汽泡，长大速度慢，所以加热面与 液体之间主要以自然对流为主。 在此阶段，汽化现象仅发生在液体表面，严格说还不是沸腾，而是表面汽化。此阶段，较小，且随
福州大学化工原理电子教案传热 Δt升高得缓慢 ②BC段,AD22C时,加热面上有气泡产生,给热系数a随M急剧上升。这是由于汽化核心数增 大,汽泡长大速度增快,对液体扰动增强,对流传热系数增加,由汽化核心产生的气泡对传热起主导作用, 此时为核状沸腾。 ③CD段,△个,a。当M进一步增大到一定数值,加热面上的汽化核心大大增加,以至气泡产生的 速度大于脱离壁面的速度,气泡相连形成气膜,将加热面与液体隔开,由于气体的导热系数λ较小,使a, 此阶段称为不稳定膜状沸腾。 DE段,ΔD250℃C时,气膜稳定,由于加热面№w高,热辐射影响增大,对流传热系数增大,此时为稳 定膜状沸腾 工业上一般维持沸腾装置在核状沸腾下工作,其优点是:此阶段下α大,小。从核状沸腾到膜状沸 腾的转折点C称为临界点(此后传热恶化),其对应临界值A、a、q。对于常压水在大容器内沸腾时: △t=2°C、q=125×10W/m2 为保证沸腾装置在核状沸腾状态下工作,必须控制Δ不大于其临界直径Δ,否则核状沸腾将转变为膜 状沸腾,使α急剧下降。即不适当地提高热流体温度,反而使沸腾装置的效率降低。对于由恒热流热源(电 加热等)供热的核状沸腾装置必须严格地将热流密度q控制在φ以下,达到或超过φs,将使加热面温度急 剧升高,甚至将设备烧毁 (5)沸腾a的计算 沸腾给热的影响因素: ①液体和整齐的性质、表面张力a粘度八导热系数、比热容cp、汽化潜热r,液体与蒸汽的密度n ②加热表面的粗糙情况和表面物理性质,特别是液体与表面的润湿性 ③操作压力和温差。 关于沸腾给热至今尚没有可靠的一般经验关联式。但已积累了大量的实验资料,这些资料表明沸腾给 热系数的实验数据可按以下函数形式关联: a= AAtB's lg a=lg A+2.5Ig At+I, Ig B=a+2.5lg At+b't 式中t—蒸汽的饱和温度,C a'和b通过实验测定的两个参数,不同的表面与液体的组合,其值不同 6.42沸腾给热过程的强化 在沸腾给热中,气泡的产生和运动情况影响极大。气泡的生成和运动与加热表面状况及液体的性质两 方面因素有关。因此,沸腾给热的强化也可以从加热表面和沸腾液体两方面入手。 ①将金属表面粗糙化,这样可提供更多汽化核心,使气泡运动加剧,给热过程得以强化。 ②在沸腾液体中加入少量添加剂,改变沸腾液体的表面张力,添加剂还可提高沸腾液体的临界热负 荷 ③气、液、固三相流:在气液相中加入固体粒子 ④EHD( Electrohydrodynamics)强化传热 6.4.3蒸汽冷凝给热 (1)冷凝给热过程的热阻
福州大学化工原理电子教案 传热 - 2 - t 升高得缓慢。 ② BC 段， t>2.2C 时，加热面上有气泡产生，给热系数 随t 急剧上升。这是由于汽化核心数增 大，汽泡长大速度增快，对液体扰动增强，对流传热系数增加，由汽化核心产生的气泡对传热起主导作用， 此时为核状沸腾。 ③ CD 段，t，。当t 进一步增大到一定数值，加热面上的汽化核心大大增加，以至气泡产生的 速度大于脱离壁面的速度，气泡相连形成气膜，将加热面与液体隔开，由于气体的导热系数较小，使， 此阶段称为不稳定膜状沸腾。 DE 段，t>250C 时，气膜稳定，由于加热面 tW 高，热辐射影响增大，对流传热系数增大，此时为稳 定膜状沸腾。 工业上一般维持沸腾装置在核状沸腾下工作，其优点是：此阶段下大，tW 小。从核状沸腾到膜状沸 腾的转折点 C 称为临界点（此后传热恶化），其对应临界值tc、c、qc。对于常压水在大容器内沸腾时： tc=25C、qc=1.25×106W/m2。 为保证沸腾装置在核状沸腾状态下工作，必须控制t 不大于其临界直径tc，否则核状沸腾将转变为膜 状沸腾，使急剧下降。即不适当地提高热流体温度，反而使沸腾装置的效率降低。对于由恒热流热源（电 加热等）供热的核状沸腾装置必须严格地将热流密度 q 控制在 qc以下，达到或超过 qc，将使加热面温度急 剧升高，甚至将设备烧毁。 （5）沸腾的计算 沸腾给热的影响因素： ① 液体和整齐的性质、表面张力、粘度、导热系数、比热容 cp、汽化潜热 r，液体与蒸汽的密度 L 和 v 等。 ② 加热表面的粗糙情况和表面物理性质，特别是液体与表面的润湿性。 ③ 操作压力和温差。 关于沸腾给热至今尚没有可靠的一般经验关联式。但已积累了大量的实验资料，这些资料表明沸腾给 热系数的实验数据可按以下函数形式关联： s t A t B 2.5 = 或 s s lg = lg A+ 2.5lg t + t lg B = a + 2.5lg t + bt 式中 ts——蒸汽的饱和温度，C。 a 和 b 通过实验测定的两个参数，不同的表面与液体的组合，其值不同。 6.4.2 沸腾给热过程的强化 在沸腾给热中，气泡的产生和运动情况影响极大。气泡的生成和运动与加热表面状况及液体的性质两 方面因素有关。因此，沸腾给热的强化也可以从加热表面和沸腾液体两方面入手。 ① 将金属表面粗糙化，这样可提供更多汽化核心，使气泡运动加剧，给热过程得以强化。 ② 在沸腾液体中加入少量添加剂，改变沸腾液体的表面张力，添加剂还可提高沸腾液体的临界热负 荷。 ③ 气、液、固三相流：在气液相中加入固体粒子。 ④ EHD（Electrohydrodynamics）强化传热。 6.4.3 蒸汽冷凝给热 （1）冷凝给热过程的热阻
福州大学化工原理电子教案传热 蒸汽冷凝作为一种加热方法在工业生产中得到广泛应用。在蒸汽冷凝加热过程中,加热介质为饱和蒸 汽。饱和蒸汽与低于其温度的冷壁接触时,将凝结为液体,释放岀汽化潜热。在饱和蒸汽冷凝过程中,汽 液两相共存,对于纯物质蒸汽的冷凝,系统的自由度为 冷凝:f=1-2+2=1 汽相:p给定亠厶s,即只能有一个汽相温度。或者说,在冷凝给热时汽相不可能存在温度梯度。 在传热过程中,温差是由热阻造成的。汽相主体不存在温差,汽相内不存在任何热阻。这是因为蒸汽 在壁面冷凝同时,汽相主体中蒸汽必须流向壁面以填补空位。而这种流动所需的压降极小,可以忽略不计 在冷凝给热过程中,蒸汽凝结而产生的冷凝液形成液膜将壁面覆盖。因此,蒸汽的冷凝只能在冷凝液 表面上发生,冷凝时放出的潜热必须通过这层液膜才能传给冷壁。冷凝给热过程的热阻几乎全部集中于冷 凝液膜内。这是蒸汽冷凝给热过程的一个主要特点。 如果加热蒸汽是过热蒸汽,而且冷壁温度高于相应的饱和温度,则壁面上不会发生冷凝现象,蒸汽与 壁面之间只是一般的对流给热。此时,热阻将集中于壁面附近的层流层内。因蒸汽的导热系数比冷凝液的 给热系数小得多,故a冷凝>Q过热 若壁温小于t,则过热蒸汽温度从降到饱和温度l,在壁面冷凝,同样形液间过热蒸汽 成液膜 膜|层 即过热蒸汽,2<…了 Is Iv t>1,不会冷凝,无相变 (2)膜状冷凝和滴状冷凝 饱和蒸汽冷凝给热过程的热阻主要集中在冷凝液液膜内,因此,冷凝液的流动状态对给热系数必有极 大的影响。冷凝液在壁面上的存在和流动方式有两种类型:膜状冷凝和滴状冷凝 膜状冷凝:若冷凝液能润湿壁面,形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动 滴状冷凝:若冷凝液不能很好地润湿壁面,仅在其上凝结成小液滴,此后长大或合并成较大的液滴而 脱落 通常滴状冷凝时蒸汽不必通过液膜传热,可直接在传热面上冷凝,其对流传热系数比膜状冷凝的对流 传热系数大5~10倍。但滴状冷凝难于控制,因此工业上冷凝器的设计大多是按膜状冷凝考虑 (c) 模状冷凝 状冷凝 644冷凝给热系数(数学模型法) (1)液膜流动与局部给热系数 有一垂直平壁,饱和蒸汽在其上冷凝,冷凝液借重力沿壁流下。因整个高度上都存在冷凝,故越往下 凝液流量越大,液膜越厚。液膜厚度沿壁高的变化必然导致热阻或给热系数沿高度分布不均匀。上部液膜 呈层流,膜层增加,α↓。若壁足够高,冷凝量较大,则壁下部液膜发生湍流流动,此时局部给热系数反
福州大学化工原理电子教案 传热 - 3 - 蒸汽冷凝作为一种加热方法在工业生产中得到广泛应用。在蒸汽冷凝加热过程中，加热介质为饱和蒸 汽。饱和蒸汽与低于其温度的冷壁接触时，将凝结为液体，释放出汽化潜热。在饱和蒸汽冷凝过程中，汽 液两相共存，对于纯物质蒸汽的冷凝，系统的自由度为 f = c − + 2 冷凝： f =1− 2 + 2 =1 汽相： p 给定→ts，即只能有一个汽相温度。或者说，在冷凝给热时汽相不可能存在温度梯度。 在传热过程中，温差是由热阻造成的。汽相主体不存在温差，汽相内不存在任何热阻。这是因为蒸汽 在壁面冷凝同时，汽相主体中蒸汽必须流向壁面以填补空位。而这种流动所需的压降极小，可以忽略不计。 在冷凝给热过程中，蒸汽凝结而产生的冷凝液形成液膜将壁面覆盖。因此，蒸汽的冷凝只能在冷凝液 表面上发生，冷凝时放出的潜热必须通过这层液膜才能传给冷壁。冷凝给热过程的热阻几乎全部集中于冷 凝液膜内。这是蒸汽冷凝给热过程的一个主要特点。 如果加热蒸汽是过热蒸汽，而且冷壁温度高于相应的饱和温度，则壁面上不会发生冷凝现象，蒸汽与 壁面之间只是一般的对流给热。此时，热阻将集中于壁面附近的层流层内。因蒸汽的导热系数比冷凝液的 给热系数小得多，故 冷凝 >> 过热 。 若壁温小于 ts，则过热蒸汽温度从 v t 降到饱和温度 ts，在壁面冷凝，同样形 成液膜。 即 过热蒸汽 v t >ts → → ,不会冷凝，无相变 , w w v w s s s t t t t t t t （2）膜状冷凝和滴状冷凝 饱和蒸汽冷凝给热过程的热阻主要集中在冷凝液液膜内，因此，冷凝液的流动状态对给热系数必有极 大的影响。冷凝液在壁面上的存在和流动方式有两种类型：膜状冷凝和滴状冷凝。 膜状冷凝：若冷凝液能润湿壁面，形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动。 滴状冷凝：若冷凝液不能很好地润湿壁面，仅在其上凝结成小液滴，此后长大或合并成较大的液滴而 脱落。 通常滴状冷凝时蒸汽不必通过液膜传热，可直接在传热面上冷凝，其对流传热系数比膜状冷凝的对流 传热系数大 5～10 倍。但滴状冷凝难于控制，因此工业上冷凝器的设计大多是按膜状冷凝考虑。 6.4.4 冷凝给热系数（数学模型法） （1）液膜流动与局部给热系数 有一垂直平壁，饱和蒸汽在其上冷凝，冷凝液借重力沿壁流下。因整个高度上都存在冷凝，故越往下 凝液流量越大，液膜越厚。液膜厚度沿壁高的变化必然导致热阻或给热系数沿高度分布不均匀。上部液膜 呈层流，膜层增加， 。若壁足够高，冷凝量较大，则壁下部液膜发生湍流流动，此时局部给热系数反 液 膜 中 间 层 tw ts tv tv 过热蒸汽
福州大学化工原理电子教案传热 而有所提高。 (2)蒸汽在垂直管外或板侧冷凝 ①冷凝液膜为层流时的平均a 假设:液膜为等速流动,蒸汽存在不影响液膜流动,且为纯导热过程,理论上可推导出 实验结果验证了这一关系的正确性,同时测出C1=1.13,即 a=132x2) 注:a、上式的适用范围:液膜为层流ReM1<2000 4aL△t b、特征尺寸L为管长或板高 c、各物性参数是凝液的物性,定性温度取=+ d、r为汽化潜热,即时的汽化潜热: e、△rtw-ls ②湍流时的给热系数 a=00102R 适用范围:ReM>2000; 定性温度:膜温 特征尺寸L:管高或板高H 注:ReM是指板或管最低处的值(此时ReM为最大) 在计算过程中,因α未知,ReM未知,所以须假设,先假设为层流,用层流公式求出α,再进行验证。 (3)蒸汽在单根水平管外的冷凝给热系数 蒸汽在水平管外冷凝,液膜厚度薄,全是层流,其给热系数为 a=0222) 式中d一一圆管外径, 定性温度:膜温t=+lw ,用膜温查冷凝液的物性ρ、A和μ;潜热r用饱和温度l查:此时认为主体 2 无热阻,热阻集中在液膜中。 在其他条件相同时,水平圆管的给热系数和垂直圆管的给热系数之比是 0.64( 因为a水平>C垂直,所以工业冷凝器大部分是卧式的,但蒸发器是立式的
福州大学化工原理电子教案 传热 - 4 - 而有所提高。 （2）蒸汽在垂直管外或板侧冷凝 ① 冷凝液膜为层流时的平均 假设：液膜为等速流动，蒸汽存在不影响液膜流动，且为纯导热过程，理论上可推导出 1/ 4 2 3 1 = L t r g C 实验结果验证了这一关系的正确性，同时测出 C1 =1.13 ，即 1/ 4 2 3 1.13 = L t r g 注：a、上式的适用范围：液膜为层流 ReM 2000 r L t Re = 4 M b、特征尺寸 L 为管长或板高； c、各物性参数是凝液的物性，定性温度取 2 w M s t t t + = ； d、r 为汽化潜热，即 ts 时的汽化潜热； e、t=tw－ts。 ② 湍流时的给热系数 0.4 M 1/ 3 2 2 3 0.0077 Re = g 适用范围：ReM>2000； 定性温度：膜温 特征尺寸 L：管高或板高 H 注：ReM是指板或管最低处的值（此时 ReM为最大） 在计算过程中，因 未知，ReM未知，所以须假设，先假设为层流，用层流公式求出 ，再进行验证。 （3）蒸汽在单根水平管外的冷凝给热系数 蒸汽在水平管外冷凝，液膜厚度薄，全是层流，其给热系数为 1/ 4 2 3 0.725 = d t r g 式中 d —— 圆管外径，m 定性温度：膜温 2 w t t t s + = ，用膜温查冷凝液的物性、和；潜热 r 用饱和温度 ts 查；此时认为主体 无热阻，热阻集中在液膜中。 在其他条件相同时，水平圆管的给热系数和垂直圆管的给热系数之比是 1/ 4 0.64( ) d L = 水平 垂直 因为 水平 > 垂直 ，所以工业冷凝器大部分是卧式的，但蒸发器是立式的
福州大学化工原理电子教案传热 (4)水平管束外的冷凝给热系数 工业用冷凝器多半是由水平管束组成,管束中管子的排列通常有直排和错排两种。无论哪一种排列, 就第一排管子而言,其冷凝情况与单根水平管相同。但是,对其他各排管子来说,冷凝情况必受到其上 各排管流下的冷凝液的影响 如假定从上排管流下的冷凝液只是平稳地流至下排管使液膜増厚,热阻増加,而且各排管温差相同, 则水平管束的平均给热系数只要将式a=0.72 中的特征尺寸d换成md即可,其中n为管束在 垂直方向上的管排数。但是冷凝液下流时不可避免地会撞击和飞溅,使下排液膜扰动增强。考虑到扰动的 影响,将上式改为 对于右图所示的管束,n取平均值(因为不同的垂直方向上管排数不同)。 645影响冷凝给热的因素及强化措施 (1)不凝气体的影响 在实际的工业冷凝器中,由于蒸汽中常含有微量的不凝性气体,如空气。当蒸汽冷凝时 不凝气体会在液膜表面浓集形成气膜。这样冷凝蒸汽到达液膜表面冷凝前,必须先以扩散的刁液气 方式通过这层气膜。这相当于额外附加了一热阻,而且由于气体的导热系数小,使蒸汽冷凝犭膜膜 的对流传热系数大大下降。实验可证明:当蒸汽中含空气量达1%时,a下降60%左右。 因此,在冷凝器的设计中,在高处安装气体排放口:操作时,定期排放不凝气体,减少 不凝气体对a的影响 (2)蒸汽过热的影响 蒸汽温度高于操作压强下的饱和温度时称为过热蒸汽 过热蒸汽与比其饱和温度高的壁面接触(μ>),壁面无冷凝现象,此时为无相变的对流传热过程。过 热蒸汽与比其饱和温度低的壁面接触(l<s),由两个串联的传热过程组成:冷却和冷凝。 整个过程是过热蒸汽首先在气相下冷却到饱和温度,然后在液膜表面继续冷凝,冷凝的推动力仍为 二般过热汽的冷凝过程可按饱和基汽冷凝来处阻,所以前面的公式适用,但此时应把是热和潜热 都考虑进来r=cp(-1)+r,为过热蒸汽的比热和温度。工业中过热蒸汽显热增加较小,可近似用饱和 蒸汽计算 (3)蒸汽流速与流向的影响 前面介绍的公式只适用于蒸汽静止或流速不大的情况。蒸汽的流速对α有较大的影响,蒸汽流速较小 K<lom/s时,可不考虑其对a的影响。当蒸汽流速υl10m/s时,还要要考虑蒸汽与液膜之间的摩擦作用力。 蒸汽与液膜流向相同时,会加速液膜流动,使液膜变薄以α个:蒸汽与液膜流向相反时,会阻碍液膜 流动,使液膜变厚δ,;但u↑个时,会吹散液膜,a↑。 般冷凝器设计时,蒸汽入口在其上部,此时蒸汽与液膜流向相同,有利于a个 (4)冷凝给热过程的强化 对于纯蒸汽冷凝,恒压下为一定值。即在气相主体内无温差也无热阻,a的大小主要取决于液膜的 厚度及冷凝液的物性。所以,在流体一定的情况下,一切能使液膜变薄的措施将强化冷凝传热过程 减小液膜厚度最直接的方法是从冷凝壁面的高度和布置方式入手。如在垂直壁面上开纵向沟槽,以
福州大学化工原理电子教案 传热 - 5 - （4）水平管束外的冷凝给热系数 工业用冷凝器多半是由水平管束组成，管束中管子的排列通常有直排和错排两种。无论哪一种排列， 就第一排管子而言，其冷凝情况与单根水平管相同。但是，对其他各排管子来说，冷凝情况必受到其上 各排管流下的冷凝液的影响。 如假定从上排管流下的冷凝液只是平稳地流至下排管使液膜增厚，热阻增加，而且各排管温差相同， 则水平管束的平均给热系数只要将式 1/ 4 2 3 0.725 = d t r g 中的特征尺寸 d 换成 nd 即可，其中 n 为管束在 垂直方向上的管排数。但是冷凝液下流时不可避免地会撞击和飞溅，使下排液膜扰动增强。考虑到扰动的 影响，将上式改为 1/ 4 2/ 3 2 3 0.725 = n d t r g 对于右图所示的管束，n 取平均值（因为不同的垂直方向上管排数不同）。 6.4.5 影响冷凝给热的因素及强化措施 （1）不凝气体的影响 在实际的工业冷凝器中，由于蒸汽中常含有微量的不凝性气体，如空气。当蒸汽冷凝时， 不凝气体会在液膜表面浓集形成气膜。这样冷凝蒸汽到达液膜表面冷凝前，必须先以扩散的 方式通过这层气膜。这相当于额外附加了一热阻，而且由于气体的导热系数小，使蒸汽冷凝 的对流传热系数大大下降。实验可证明：当蒸汽中含空气量达 1%时，下降 60%左右。 因此，在冷凝器的设计中，在高处安装气体排放口；操作时，定期排放不凝气体，减少 不凝气体对的影响。 （2）蒸汽过热的影响 蒸汽温度高于操作压强下的饱和温度时称为过热蒸汽。 过热蒸汽与比其饱和温度高的壁面接触（tw>ts），壁面无冷凝现象，此时为无相变的对流传热过程。过 热蒸汽与比其饱和温度低的壁面接触（tw<ts），由两个串联的传热过程组成：冷却和冷凝。 整个过程是过热蒸汽首先在气相下冷却到饱和温度，然后在液膜表面继续冷凝，冷凝的推动力仍为 t=ts－tw。 一般过热蒸汽的冷凝过程可按饱和蒸汽冷凝来处理，所以前面的公式仍适用。但此时应把显热和潜热 都考虑进来 r c t t r = p ( v − s ) + ，为过热蒸汽的比热和温度。工业中过热蒸汽显热增加较小，可近似用饱和 蒸汽计算。 （3）蒸汽流速与流向的影响 前面介绍的公式只适用于蒸汽静止或流速不大的情况。蒸汽的流速对有较大的影响，蒸汽流速较小 u<10m/s 时，可不考虑其对的影响。当蒸汽流速 u>10m/s 时，还要要考虑蒸汽与液膜之间的摩擦作用力。 蒸汽与液膜流向相同时，会加速液膜流动，使液膜变薄,；蒸汽与液膜流向相反时，会阻碍液膜 流动，使液膜变厚，；但 u时，会吹散液膜，。 一般冷凝器设计时，蒸汽入口在其上部，此时蒸汽与液膜流向相同，有利于。 （4）冷凝给热过程的强化 对于纯蒸汽冷凝，恒压下 ts 为一定值。即在气相主体内无温差也无热阻，的大小主要取决于液膜的 厚度及冷凝液的物性。所以，在流体一定的情况下，一切能使液膜变薄的措施将强化冷凝传热过程。 减小液膜厚度最直接的方法是从冷凝壁面的高度和布置方式入手。如在垂直壁面上开纵向沟槽，以 液 膜 气 膜 tw ts tv