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相变锅炉凝结换热机理概述

1、凝结换热现象

蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时,将汽化潜热释放给固体壁面,并在壁面上形成凝结液的过程,称凝结换热现象。有两种凝结形式。

2、凝结换热的分类

蒸汽与低于相应压力下饱和温度的冷壁面或冷液体相接触时,就会发生凝结现象。蒸汽释放出气化浴热并凝结为液体。当凝结过程在冷壁面上进行时,视凝结液体依附壁面的不同.可分为膜状凝结和珠状凝结两种。

1)  膜状凝结

(1)定义:凝结液体能很好地湿润壁面,并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式,称膜状凝结。

(2)特点:壁面上有一层液膜,凝结放出的相变热(潜热)须穿过液膜才能传到冷却壁面上,此时液膜成为主要的换热热阻

当凝结液体能润湿壁面(凝结液和壁面的润湿角θ<90=时,凝结液体在壁面上形成一层完整的液膜,这种凝结称为膜状凝结。膜状凝结时,壁面总是被一薄层凝结液膜所覆盖,这层液膜把蒸汽与冷壁面隔开。因此,当形成液膜后.蒸汽凝结只能在液膜表面上发生,凝结时放出的潜热必须通过这层液膜才能传给冷壁面。由于蒸汽凝结为液体的相变热阻通常较小(表现在气—液界面的温度一班近似等于蒸汽的饱和温度),因此这层液膜是膜状凝结传热过程的主要热阻。

在膜态凝结时由于冷凝壁面被冷凝液覆盖,蒸汽凝结放出的汽化潜热必须通过液膜后由壁面带走,因而成为凝结换热的主要热阻,如果冷凝壁面是水平放置,那么随着凝结过程的进行液膜厚度会逐步增加,热阻也就越来越大;如果冷凝壁面是竖直安放,那么液膜会在重力作用下向下流动,形成一个流动的液膜层,随着沿途蒸汽的不断凝结液膜也会逐步增厚,变成一个类似于流体边界层的流动换热的模式。显然,竖直壁面上部的换热性能要好于竖直壁面的下部。

 2)珠状凝结

(1)定义:凝结液体不能很好地湿润壁面,凝结液体在壁面上形成一个个小液珠的凝结形式,称珠状凝结。

如图:1)θ小则液体湿润能力强,就会铺展开来。一般情况下,工业冷凝器,形成膜状凝结,但珠状凝结的形成比较困难且不持久(虽然h膜<

(2)特点:凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。

当凝结液不能润湿壁面(θ>90)时,凝结液在壁面许多点上(称为凝结核心)以—颗颗小液珠的形式依附于壁面,这种凝结称为珠状凝结。在界面力的作用下,这些液珠逐渐长大,到一定尺寸后,当重力的影响超过界面力时,它们便随机地沿壁滚下。这些滚下的液珠与相通的液珠汇合成较大的液滴,在向下滚动的同时.扫清了沿途的液珠,让出无液珠的壁面供继续凝结.这样在冷劈面上又会有新的液珠形成并长大。这样,凝结过程主要是直接在冷壁面上进行的,没有凝结液膜引起的附加热阻,因此有较高的换热强度。实验表明珠状凝结的换热系数比膜状凝结要高5—10倍以上。虽然如此,但到目前为止.在工业冷凝器中还没能创造出持久地保持珠状凝结的工作条件。珠状凝结的机理及保证产生珠状凝结的条件正在广泛地研究中。如果冷凝壁面水平放置,壁面迟早会被冷凝液覆盖;如果冷凝壁面是竖直安放,液珠会逐步变大而沿着壁面向下滚动,使得冷凝壁面始终能与蒸汽直接接触,保持良好的热交换性能。

在其它条件相同时,珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。

3、产生的条件:固体壁面温度 必须低于蒸气的饱和温度  。

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