不凝结气体水平管外凝结传热分析

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1、不凝结气体水平管外凝结传热分析作者：货志光汪荣顺顾安忠阅读：373次上传时间：2006-01-25推苍人：source（X）（已传论文360套）简介：木文阐述/不凝结气体对凝结换热的影响机理，回顾/不凝结气体•蒸汽浞合物凝结换热的计算方法，包括：基于边界层理论的数值方法，Peterson质扩散模型以及关联式法。本文采用双膜理论，结合迭代法求气液分界而气体浓度的方法，分别计算水蒸汽-空气，制冷剂-空气混合物在水甲管外凝结传热的换热系数。计算结果与文献已宥的试验数据对比表明：双膜计算方法可用于不凝结气体浓度10%以下的水平管外层流膜状凝结问题的设计计兑，精度约

2、在15%。此法讨用于已知换热管壁面温度条件下的水平管外不凝结气体与蒸汽混合物的凝结换热系数计算。关键字：不凝结气体凝结换热关联式0引言Othmei•扱早发现蒸汽中含有少量不可凝性气体，会对凝结传热产生负而影响，其计算有如下特点：（1）由于蒸汽潜热的存在，热负荷与温度的关系为非线性关系，因此不能像单相气体冷却那样计算传热速率。（2）随着冷凝的进行，蒸汽的露点在不断变化，因此又不能采用努谢尔特公式计算。（3）在混合气体管外膜态凝结屮，不凝结气体富集在气-液表面形成了一个扩散层，气体扩散层存在的气体浓差推动蒸汽向界诎扩散凝结。因此，既冇显热传递过程、又冇蒸汽扩敗

3、、冷凝传热过程。（4）凝液流句竖直向’卜，而在扩散层中M时存在对流和扩散作用。！±1于气-液相界而处于动态平衡中，不断有凝结液体产生，这种凝结对气液界而有一种“抽吸”作用。（5）气-液界而的粘性力使气体扩散层有下沉趋势。当不凝结气体分子虽小于凝结蒸汽分子量吋，扩散层向上发展；反之，则向下发展。不凝结气体存在吋，换热系数计算有三种方法：（1）基于边界层理论的数值方法。研宄者通常对流边界层的动量、能量积分方程，然后通过有限差分法等数值方法求解。（2）棊于Peterson扩散层模型的分析方法，然后采用传热传质类比方法以及迭代计算等方法求解。（3）关联式法，包括系

4、数法、迭代关联法、非迭代关联法。迭代模型往往需要通过迭代方法求界面的温度、浓度、压力等参数。而非迭代模型避开求气液界面参数。各类关联式列表如卜表1不凝结气体-蒸汽浞合物凝结传热关联式义献关联式及适用范围[1]。式中：为含不凝结气体的蒸汽混合物的运动粘度；k是不凝结气体的摩尔分数；~是不凝结气体在可凝蒸汽中的互扩散系数。适于0〜40%。12-3]0Llt表

5、氺界而扔力及表而波动对凝液液膜换热的影农示界而煎力对液膜厚度的减小效果，是凝液流贵的函数，是不凝结气体质最含最的函数。适于蒸汽-空气管内凝结传热.式屮力无因次准数。适于低乐水蒸汽-空气管A凝结传热.171Cfa=0.0251^*11^^,适于水蒸汽•空气45度斜波纹槽道管内冷凝传热，BLe=200-60C，空气质量含量妍献波纹槽道制冷凝传热，Re=200-740中气质B:含S:>^=0.033-0.246以上试验数据的经验关联式对解决条件类似的14题简捷冇效。例是，试验数据均为管内水蒸汽-空气/氦气混合物凝结换热的经验公式，而针对管外凝结换热的研宂很少。木

6、文应用Peterson的双膜模型解决不凝结气体存在吋管外层流膜状凝结传热问题。双膜模型图2混合气体温度、压力及浓度分布不凝结气体弓蒸汽混合物筲外凝结现象及双胶模型的热阻分析示如图1。图1混合气体温度、压力及浓度分布出L1文献。蒸汽-不凝结气体边界层传热、传质基础：气相主体向管壁的传热，既冇显热的传递，又冇潜热的传递，两者之和为总的传热量。敁热传递可用气体传热膜系数计算。潜热传递的计算比较杂。当蒸汽扩散至换热管哦,若管哦温度低于蒸汽露点,则蒸汽在管哦冷凝形成液膜。气相主体的蒸汽分压与液膜温度对应的饱和蒸汽压之差即为传质推动力。蒸汽在冷凝液膜上冷凝，放出潜热。

7、显热与潜热再通过液膜、管壁、冷流体液膜传半:冷流体。气流边界层传热包括显热传热11*、蒸汽凝结潜热传热®因此能鲎7/程可写为：这一热景等丁•凝液液膜与壁面的传热景。即：联立式(1)、式(2)可得：^)(3)式中：是凝液流量，是从气相到液膜的显热传热换热系数，U是凝结传热换热系数。它由下式求得：—=(4)由式⑶可得：*Z(1；-T,)成■!；)⑸所以，总体换热系数=水平横管外层流吋的膜状凝结平均换热系数按努谢尔特理论计算式。〜=叫感r.式中，.V,~•分别表示冇不凝结气体存在时和没冇不凝结气体存在时的经过凝液液膜层的传递热贵的换热系数。f表示由于不凝结气体对

8、凝液的波动效果而导致换热系数增加。McAdams建议3位为1.28