熱管換熱器管束的外部沸騰換熱
在熱管余熱回收鍋爐中常應用氣汽熱管換熱器,其一側是翅片管,另一側為光管。翅片管側從煙氣中吸收余熱,光管側依靠水的沸騰產生蒸汽將熱量帶走。下面將討論管束外部沸騰放熱系數的計算。
考慮到熱管管束在光管部分的排列不很緊密,而且都浸泡在大容器的沸騰液體中,因此,可以當作大容積沸騰來處理。而大容積中的沸騰傳熱目前已做了比較充分的研究(見傳熱學中有關部分)。
實驗表明,一個表面沉浸在大容積中的沸騰情況與加熱面的過熱度有關。所謂的過熱度是加熱壁面的溫度Tw與沸騰液體飽和溫度Ts之差。例如,對一個大氣壓下的水,當過熱度ΔT=Tw-Ts逐漸增加時,其熱流密度q和沸騰放熱系數α的變化規律如圖5-6所示。
實驗表明,圖中曲線的特點與汽泡的數目緊緊聯系在一起。當ΔT<5℃時(AB段),汽泡數目很少,只能在加熱面上的個別點產生,基本上屬于自然對流換熱的范疇;隨溫差ΔT的增大,汽泡越來越多,汽泡在壁面上的頻繁產生,成長和浮升,這個過程進行中使放熱系數迅速增大,稱為泡態沸騰(BC段);當ΔT超過一定值時(在1個大氣壓下,此值約為25℃),汽泡增多以致連成一片,形成汽膜包圍加熱面,因而使放熱系數大大下降。在CD段,汽膜是不穩定的。到了D點以后,汽膜的生成和脫離趨于穩定,因而放熱系數也趨于恒定了。C點以后的沸騰狀態稱為膜態沸騰。C點是泡態沸騰向膜態沸騰的轉換點,稱為臨界點。這一點對應的放熱系數稱為臨界放熱系數;對應的熱負荷稱為臨界熱負荷。
工業上的沸騰設備都希望在泡態沸騰下工作。因為泡態沸騰不但具有較高的放熱系數,而且ΔT較小,壁溫較低,不會燒壞設備。泡態沸騰放熱系數還和沸騰液體的壓力有關,在同一個過熱度下,隨著壓力的增大,放熱系數增大。放熱系數還和沸騰液的種類和物性有關,不同的液體,泡態沸騰的放熱系數會有很大的差別。此外,加熱面的材質、粗糙度等對放熱系數也有顯著的影響。
可見,影響泡態沸騰的因素很多,這給理論和實驗研究帶來很多困難。目前,尚沒有滿意的純理論的求解公式,多數是實驗公式或半理論公式。
例如
(例題 5-6 )
有一熱管余熱鍋爐,熱負荷為12x104kwh,水的沸騰側由106根0.3m長的光管組成,管徑d.=25mm,此余熱鍋爐提供1kgf/c㎡2(表壓)的飽和蒸汽,試確定沸騰放熱系數。
本文標簽:熱管換熱器 換熱管束的外部沸騰換熱
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