高效换热器
春联图片-中秋贺卡贺词
South China University of Technology
传热
基本理论
张正国
传热强化与过程节能教育部重点实验室
South China
University of Technology
一、传热在过程工业中的应用<
br>传热：传热是因温差导致的能量传递过程，又称热传递。由热力
学第二定律可知，在有温度差存在
时，热量会自发地从高温处传
递到低温处。
工艺过程与传热
1）绝大多数化学反应过程
都要求在一定的温度下进行，为了使物
料达到并保持指定的温度，就要预先对物料进行加热或冷却，并<
br>在过程中及时取出放出的热量或补充需要吸收的热量。
2）一些单元操作过程，例如蒸发、蒸馏、
干燥等，需要按一定的
速率向设备输入或输出热量。
3）在高温或低温下操作的设备，要求保温
，以减少它们和外界传
热。
4）对于废热也需合理的利用与回收。
2
传热强化
与过程节能教育部重点实验室
二、热源和冷源
1、热源
1）电热：特点
是加热能达到的温度范围广，而且便于控
制，使用方便，比较清洁。但费用比较高。
2）饱和水
蒸气：
优点：饱和水蒸气的冷凝温度和压强有一一对应的关
系，调节饱和水蒸汽的压强就可以控
制加热温度，使用方
便，而且饱和蒸汽冷凝过程的传热速率快。
缺点：饱和水蒸气冷凝传热能达
到的温度受压强的限
制。
3
传热强化与过程节能教育部重点实验室
3）烟道气
烟道气的温度可达700℃以上，可以将物料加热到比较高
的温度。
缺
点：传热速度慢，温度不易控制。
4）高温载热体：
优点：沸点高（饱和蒸汽压低），化学性质
稳定。
2、冷源
一般采用水、空气和冷冻盐水等作为冷源。
4
传热强化与过程
节能教育部重点实验室
对传热过程的要求通常有以下两种情况：
一、强化传热，
即加大传热过程的速率。如各种换热设备中的
传热，要求传热速率快，传热效果好。
二、削弱传
热，也即减小传热的速率。要求传热速率慢，以减
少热量或冷量的损失。如设备和管道的保温过程。稳态传热（又称定态传热）。稳态传热的特点是传热速率为常
数，并且系统中各点的温度仅随位置变
化而与时间无关。
不稳态传热（又称非定态传热）。传热系统中各点的温度不仅
随位置变化且随
时间变化。
5
传热强化与过程节能教育部重点实验室
三、传热的三种基
本方式
根据机理的不同，传热有三种基本方式：热传导、热对流和热辐
射。传热过程可依靠其中
的一种或几种方式同时进行。
（一）热传导
热传导又称导热，是借助物质的分子或原子振动以及
自由电子的
热运动来传递热量的过程。当物质内部在传热方向上无质点宏观
迁移的前提下，只要
存在温度差，就必然发生热传导。
可见热传导不仅发生在固体中，同时也是流体内的一种传热方
式。
在静止流体内部以及在作层流运动的流体层中垂直于流动方向
上的传热，是凭借流体分子的
振动碰撞来实现的，换言之，这两
类传热过程也应属于导热的范畴。
很显然，导热过程的特点是
：在传热过程中传热方向上无质点块
的宏观迁移。
6
传热强化与过程节能教育部重点实
验室
2、热对流
流体中质点发生相对位移而引起的热量传递，称为热对流
对流只能发生在流体中。
强制对流
用机械能（泵、风机、搅拌等）使流体发生
对流而
传热。
自然对流
由于流体各部分温度的不均匀分布，形成
密度的差异，在浮升力的作用
下，流体发
生对流而传热
7
传热强化与过程节能教育部重点实验室
3、辐射
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原因
而发出辐射能的过程，
称为热辐射。
辐射传热，不仅是能量的传递，还伴随着能量形式的转化。
辐射传热不需要任何介
质作媒介，可以在真空中传播。
任何物体只要在绝对零度以上都能发生辐射能，但是只有物体
的
温度差别较大时，辐射传热才成为最主要的传热方式。
8
传热强化与过程节能教育部重点实验室
四、传热速率和热通量
间壁式换热
间壁式换热的特点是冷、热流体被一
固体隔开，分别在壁的
两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。
传热过程可分为三步：
•热流体将热量传给固体壁面（对流传热）
•热量从壁的热侧传到冷侧（热传导）
•热
量从壁的冷侧面传给冷流体（对流传热）
壁的面积称为传热面，是间壁式换热器的基本尺寸。
9
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传热速率（热流量）Q
单位时
间内通过传热面的热量，单位为w。
热通量（又称为热流密度或传热速度）q
单位传热面积的传
热速率。单位为wm
2
传热速率与热通量的关系为
q=
dQ
dA传热温差（推动力）
传热速率=
热阻（阻力）
传热温差以
△
T表
示，热阻通常以R或r表示
ΔT
Q
=
R
q=
ΔT
r
10
传热强化与过程节能教育部重点实验室
1.热传导和傅立叶定律<
br>导热过程的导热速率可借助傅立叶定律确定。傅立叶定律表
明了导热体的导热速率与导热方向上温
度的变化率和垂直于
导热方向的导热面积成正比。对一维稳定导热过程，傅立叶
定律可表述为<
br>dt
Q
=−
λ
S
dx
dQ
λ
=∂t
dS
∂x
上式中, dtdx称为温度梯度。由于导热方向为温度下降的方<
br>向，故需在右端加一负号。
Q——导热速率，指导热体在单位时间内传递的热量，Js或W；z
λ
——比例系数，称为导热系数，Js·m·℃或Wm·℃；
z
S——
导热面积，m
2
。
11
传热强化与过程节能教育部重点实验室
z
1.1 平壁热传导
公式推导
dt
由傅立叶定律得：
Q<
br>=−
λ
S
Q
∫
dx
=−
λ
1
S
∫
dt
0
t
1
b
1
t
2dx
（Q
Q
,
S
是常数）
t
1
−t<
br>2
∴Q=
b
1
λ
1
S
t
2
−
t
3
Q
=同理得：
b
2
λ
2
A
(
t
1
−
t
2
)
+
(
t
2
−
t
3
)
∴
Q
==
b
1
b
2
+
λ
1
S
λ
2
S
t
1
−
t
3
t
1
−
t
i
+1
Q
t
1
−t
i
+1
=
i
或
q
==
i
b
1
b
2
b
i
b
i
S
+
∑
λ
1
S
λ
2
S
∑
1
λ
i
S
1
λ
i
1
2
传热强化与过程节能教育部重点实验室
1.2 圆筒壁
r
2
dt
公式推导：
Q
=−
λ
S
dr
t
2
dr
Q
∫
=−
λ
1
(
2
π<
br>L
)
∫
dt
r
1
r
t
1
r
2
−
2
π
L
λ
1
(
t
2
−
t
1
)
ln
=
r
1
Q
t
2
−t
3
t
1
−
t
2
∴
Q=
o
;
同理得
:Q=
1r
2
r
3
1
ln
ln
2
πλ
1
Lr
1
2
πλ
2
Lr
2
t
1
−
t
n
+1
A
i+1
−
A
i
或
Q=
n
(其中:A
m,i
=)
Q
=
n
A
i+1
r
n
+1
b
i
1
ln
l
n
∑∑
A
i
2
πλ
n
L
i
=1<
br>r
n
i
=1
λ
i
A
m
,
i
13
t
1
−
t
n
+1
传热强化与过程节能
教育部重点实验室
2 热对流
对流传热的分析
1、滞流内层：流体呈滞
流流动，沿壁面法向没有质点的移动和
混合，即没有对流传热，传热方式仅是热传导。因为液体导热系数小，因此热阻较大，温度梯度大。
2、缓冲层：流体流动介于滞流和湍流之间，热传导和对流传
热
同时起作用，热阻较小。
3、湍流主体：质点剧烈运动，完全混合，温度基本均匀，无温度梯度。
因此，对流传热的热阻主要集中在滞流内层，减薄其厚度是强
化传热过程的关键。
14
传热强化与过程节能教育部重点实验室
15
传热强化与过
程节能教育部重点实验室
对流传热速率方程(牛顿冷却定律)
对流传热是一个复
杂的过程影响因素很多，因此计算是只能
用半理论半经验的公式：
对流传热速率＝对流传热推动
力阻力＝传热系数×推动力
t
w
−
t
Q===
α
S
(t
w
−t)
1
δ
λ
S
α
S
Δt
——流体平均温度与壁面平均温度之差值℃
α——对流传热系数或膜系数，非物性常数
流体与壁
面间的平均温度差为1℃，面积为1m
2
的热通量。对
流传热系数越大，传热越剧烈。
t
w
−
t
16
传热强化与过程节能教育部重点实验室
影响对流传热系数的因素
对流传热是流体在外界条件作用下，在一定几何形状、尺寸<
br>的设备中流动时与固体壁面之间的传热过程，因此影响α的主
要因素是：
1.流体的种
类和相变化情况
α气体<α液体
α有相变>α无相变
2.流体的物性
对α影
响较大的流体物性有导热系数λ、粘度μ、比热Cp、密
度ρ及对自然对流影响较大的体积膨胀系数β。
具体地：
λ↑、μ↓、Cp↑、ρ↑、β↑→α↑
17
传热强化与过程节能教育部重点
实验室
3.流体的温度
流体温度对对流传热的影响表现在流体温度与壁面温度之
差Δt，
流体物性随温度变化程度及附加自然对流等方面的综合影响。故
计算中要修正温度对物
性的影响。在传热计算过程中，当温度发
生变化时用以确定物性所规定的温度称为定性温度。
4
.流体的流动状态
流体呈湍流时，随着Re的增加，滞流底层的厚度减薄，阻力降
低，α增大。
流体呈滞流时，流体在热流方向上基本没有混杂作
用，故α较湍流时小。即：
α滞流<α湍流<
br>5.流体流动的原因
自然对流：由于流体内部存在温度差，因而各部分的流体密度不
同，
引起流体质点的相对位移。
强制对流：由于外来的作用，迫使流体流动。
α自然对流<α强制对
流
18
传热强化与过程节能教育部重点实验室
6.传热面的形状、位置
和大小
传热壁面的几何因素对流体沿壁面的流动状态、速度分布和温度
分布都有较大影响，从而
影响对流传热。如流体流过平板与管内
的流动就不同，在自然对流时垂直热表面侧的流体就比水平热表<
br>面下面的流体自然对流条件要好。因此必须考虑传热面的特定几
何条件对传热的影响，一般采用对
对流传热有决定性影响的特征
尺寸作为计算依据，称为定性尺寸。
冷凝传热
有相变传热
沸腾传热
对流传热
自然对流
无相变传热 管外对流
强制对流 非圆管道
管内对流 弯管 湍流
圆形直管
过渡流
滞流
19
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对流传热的特征数关
系式
准数式符号名称
努塞尔特准数
(Nusselt)
雷诺准数
(R
eynolds)
普兰特准数
(Prandtl)
意义
表示对流传热强弱程度
的准数
反映流体流动湍动程度的准数
反映物性对传热影响的准数
α
l
λ
luρ
μ
C
p
μ
Nu
Re
Pr
Gr
λ
l
3
ρ
2
gβΔt
μ
2
格
拉斯霍夫准数反映自然对流强弱程度的准数
(Grashof)
传热强化与过程节能教育部重点
实验室
20
准数之间通常用指数方程表示：
Nu=CRe
m<
br>Pr
n
Gr
i
其中c,m,n,i都是针对不同的情况下具体条件而测
得的，这些
值测得后，即可计算出对流传热系数。
自然对流
强制对流
Re=0
Nu=CPr
n
Gr
i
Gr=0 Nu=CRe
m
Pr
n
流体有相变化时
对于蒸气冷凝时Nu=f(Ga,Pr,K
D
)
Ga=g l
3
ρ
2
μ
2
伽利略准数
K
D
=rC
p
Δt 冷凝准数
一般情况下Nu=C(Ga,
Pr,K
D
)
n
21
传热强化与过程节能教育部重点实验室
流体无相变时的对流传热系数
1 圆形直管强制湍流的给热系数
流体在圆形直管
内作强制湍流时，对于低粘度流体，则有
Nu=0.023RePr
0.8n
式中n值
与热流方向有关，
当流体被加热时，n=0.4，
当流体被冷却时，n=0.3。
60
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜120；
l
d
1
><
br>。
定性温度：取流体进、出口温度的算术平均值。
特征尺寸：取为管内径di。
22
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n取不同的数值，这是为了反映热流
方向对给热系数的影响。
9对于液体
由于Pr＞1，所以Pr0.4＞Pr0.3，即液体被加
热的给热系数大于被冷却
的给热系数。这是因为：当液体被加热时，管壁处滞流底层的温度高于
液体主体的平均温度，由于液体粘度随温度升高而降低，故贴壁处液体
粘度较小，使滞流底层的实际厚度
比用液体主体温度计算的厚度要薄，
给热系数较大。
9对于气体
由于Pr＜1，即Pr
0.4＜Pr0.3，气体被加热的给热系数小于被冷却给热系
数。这是由于气体粘度随温度升高而增大
，气体被加热时的边界层较厚
的缘故。
23
传热强化与过程节能教育部重点实验室
园形直管内高粘度液体无相变传热，给热系数
Nu
=
0.027R
ePr
0.80.33
⎛
μ
⎞
⎜⎟
⎝
μ
w
⎠
0.14
应用范围：Re＞10000；0.7＜Pr＜16700；
l<
br>d
1
>60
定性温度：μw取壁温作定性温度，其余各物性取液体平均温度作定
性温度。
特征尺寸：取为管内径d。
液体被加热
⎛
μ
⎞⎟
⎜
⎜
μ
⎟
⎝
w
⎠
0.14
⎛
μ
⎞
≈1.05，液体被冷却
⎜⎟
⎜
μ
⎟
⎝
w
⎠
0.14
≈0.95。
0.7
⎛
d
⎞
对于
l
d<60的短管，管入口效应校正系数
ε
1
=<
br>1
+
⎜
⎟
⎝
l
⎠
对于弯管：弯管效应校正系
数
ε
=1+1.77
d
R
24
传热强化与过程节能教育部重
点实验室
R
2 流体在弯管作强制对流
流体流过弯曲管道或螺旋管时
，会引起二次环流而强化传
热，给热系数应乘以一个大于1的修正系数：
d
f
R
=1+1.77
R
d为管内径，R为弯曲半径。
3 流体在非圆形管中流
动
特征尺寸应用当量直径de。
流体流动截面面积
d
e
=4×
润湿周边
25
传热强化与过程节能教育部重点实验室
4 流体在圆
形管内强制滞流
⎛
d
⎞
⎛
μ
⎞
Nu
=1.
86
RePr
⎜⎟
⎜⎟
⎝
l
⎠
⎝
μ
w
⎠
应用范围：Re＜2300；Pr＞0.6。
定性温度：μw取壁温，其余取进
、出口温度的算术平均值。
特征尺寸：管内径d1。
1
3
1
3
1
3
0.14
5 流体在圆形管内过渡流
在Re=2300~10000
的过渡区，作为粗略计算，可按湍流传热的公
式计算h值，然后乘以修正系数f：
6×10f=1−
1.8
Re
26
5
传热强化与过程节能教育部重点实验
室
【例】套管换热器外管内径60mm，内管规格φ38×4.0mm，
用水将
为2500kgh的某液体有机物从100℃冷却至40℃，水走
管内，有机物走环隙，逆流流动，操作
温度下，有机物密度
860kgm
3
, 粘度2.8×10
-3
Ns
m
2
，比热2.26kJ(kg℃)，导热系数
0.452W(m℃), 水的进、出
口温度分别为15℃和45℃，热损失
忽略不计。试求：(1)水对管内壁的给热系数；(2)有机溶液
对
管外壁的给热系数；(3)若将水流量增加20%，其他条件不
变，重求水对管内壁的给热系
数。
水的密度995.7kgm
3
, 粘度8×10
-4
Nsm2，
比热
4.174kJ(kg℃)，导热系数0.618W(m℃).
27
传热强化与过
程节能教育部重点实验室
15
+
45
解：⑴水的定性温度：<
br>=
30
℃，查得
t=
2
ρ
2=995.7kgm3
,
μ
2=0.0008N·sm
2
,
k2=0.618W(m·K) Cp2=4.174kJ(kg·K)
根据热量衡算式求得
水流量
W
2
=
W
1
C
p
1
(T
1
−
T
2
)
25003600
)
×
2.26
×
(
100
−
40
)(
==0.752
C
p
2
(
t
1
−t
2)
4.174
×
(
45
−
15
)
kg
s
W
2
ρ
2
0.752995.7
==
1
.07
管内流速：
u
2
=
22
π
d
40.
785
×
0.03
ms
Re=
28
du
2
ρ
2
μ
2
0.03×1.07×995.7
4
==3.99
×10
0.0008
传热强化与过程节能教育部重点实验室
Pr=C
p
2
μ
2
k
2
4.174×1000×0.
0008
==5.403
0.618
0.8
Nu=0.023RePr
0.4
=0.023(3.99×10)(5.403)
40.80.4
=212.
6
水侧给热系数：
k20.618
h=Nu=212.6×=4379
d0.
03
W(m
2
·K）
⑵套管环隙当量直径de=d2-d1=0.060-0
.038=0.022mm, 环隙流
速
W
1
ρ
1
2500(3600
×
860)
u
1
===0.477
22
22
π
(
d
2
−
d
1
)4
π(0.06−0.038)4
Re=
d
e
u
1
ρ
1
μ
1
0.022
×
0.477
×
860
3
==3.22×10<10000
0.0028
C
p
1
μ
1
2.26×1000×0.0028
(过渡流)
Pr=
k
1
=
0.452
=14
ms
29
传热强化与过程节能教育
部重点实验室
根据过渡流给热系数的计算方法，有
Nu=0.023Re
0.8
Pr
0.3
=0.023(3220)(14)
0.80.3
=32.4
k
1
0.452
h=Nu=32×=723
W(m2
·K)
de0.022
6×10
5
6
×
10
5
=0.699
f=
1
−=1−
1.831.8
(
3.22×10)
Re
故得溶液侧给热系数：
h
′
=f⋅h=0.6
99×723=433.4
⑶水流量增加后的给热系数
W(m
2
·K)
W
′
⎞⎛
h
′
=h
⎜⎟
⎝
W
⎠
30
0.8
=4379×1.2
0.8
=5066
W(m<
br>2
·K)
传热强化与过程节能教育部重点实验室
蒸汽冷凝
r
ρ
g
λ
z膜状冷凝
α
=1.13
⎛
⎜
⎜
μ
LΔt
⎝
¡垂直管
2
23
⎞
⎟
⎟
⎠
3
14
⎛
r
ρ
g
λ
α
=
0.725
⎜
⎜
μ
dΔt
¡水平管
0
⎝
⎞
⎟
⎟
⎠
14
⎛
m
⎞
k
m
=
⎜⎟
⎝
N
⎠
16
z滴状冷凝¡α可达10
5
w(m
2
℃)
水平管束
上面管子产生的
凝液流到下面管子上，使下面管子液膜厚度增加，传热减
慢，但另一方面，凝液下落时会产生一定的撞击
和飞溅，这种附加的扰动
16
又会使传热加快。
h
m
=k
m
h
31
⎛
m
⎞
k
m
=
⎜⎟
⎝
N
⎠
传热强化与过程节能教育部重点实验室
(
1
) 蒸汽冷凝的方式
<1> 膜状冷凝：冷凝液体能润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜膜
状冷凝
时蒸汽放出的潜热必须穿过液膜才能传递到壁面上去，
此时，液膜层就形成壁面与蒸汽间传热的主要热阻
。若凝液籍
重力沿壁下流，则液膜越往下越厚，给热系数随之越小。
<2> 滴状冷凝：凝液不
能完全润湿壁面，在壁面上形成一个个小
液滴，且不断成长变大，在非水平壁面上受重力作用而沿壁滚<
br>下，在下滚过程中，一方面会合相遇液滴，合并成更大的液
滴，一方面扫清沿途所有的液滴，使壁
重新暴露在蒸汽中。没
有完整液膜的阻碍，热阻很小，给热系数约为膜状冷凝的5~10
倍甚至
更高。
32
传热强化与过程节能教育部重点实验室
（2）蒸汽在水平管
外冷凝
可采用下式计算：
⎛
ρ
g
λ
r
⎞
⎜
⎟
a
=
0.725
2
⎜
n
3
ud
Δt
⎟
0
⎝
⎠
23
1
4
r—蒸汽比气化热
λ—冷凝液的导热系数
n—水平管束在直列上的管子数
定性温度取膜温
33<
br>传热强化与过程节能教育部重点实验室
(3) 膜状冷凝的传热系数
蒸汽
在垂直管外或垂直板侧的冷凝
当Re＜1800时，膜内为滞流
若Re＞1500时，膜层为湍
流
⎛
g
ρλ
r
⎞
a
=
1.13
⎜
⎟
⎝
μ
l
Δ
t
⎠
23
13
23<
br>14
⎛
g
ρλ
⎞
0.4
h
=
0.0
077
⎜
R
⎟
e
2
⎝
μ
⎠
特征尺
寸：l取垂直管或板的高度。
定性温度：r取ts下的值，其余物性取液膜平均温度下的值。
k
、ρ、μ—凝液的导热系数，密度和粘度；
r—冷凝潜热；
⊿t—蒸汽饱和温度ts与壁面tw
之差。
34
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冷凝系统的Re数表
达式：
4
AW
⋅
d
e
(
u
ρ
)<
br>4M
bA
Re===
μμμ
垂直管外和板侧膜层雷诺数的表达式
W—凝液质量流量，kgs；
b—浸润周边长度，m；
M—冷凝负荷，M=Wb；
A
—膜层流通截面积，m
2
；
de—液膜当量直径，m。
35
传热强化
与过程节能教育部重点实验室
影响冷凝传热的其它因素
蒸汽流速和流向蒸汽流动
会在汽—液界面上产生摩擦阻
力，若蒸汽与液膜流向相同，则会加速液膜的流动，使液膜减
薄，
传热加快。
不凝性气体蒸汽中含有不凝性气体时，即使含量极微，也
会对冷凝传热产生十分有害
的影响。例如水蒸汽中含有1%的空
气能使给热系数下降60%。不凝性气体将会在液膜外侧聚积而形成一层气膜，冷凝器操作中及时排除不凝性气体至关重要。
过热蒸汽温度高于其饱和温度的蒸汽称
为过热蒸汽，实验
表明，在大气压力下，过热30℃的蒸汽较饱和蒸汽的给热系数
高1%，而过
热540℃的蒸汽的给热系数高30%，所以在一定情况
下不考虑过热的影响，仍按饱和蒸汽进行计算。
36
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液体的沸腾传热
工
业上经常需要将液体加热使之沸腾蒸发，如：在锅炉中把
水加热成水蒸汽；在蒸发器中将溶剂汽化以浓缩
溶液，都是属于沸
腾传热。
大容积沸腾是指加热面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的
沸腾现象，此时，液体的运动由自然对流和汽泡的扰动所引起的。
强制对流沸腾是指液体在管内流动的
过程中而受热沸腾的现
象，此时，汽泡不能自由升浮，而是受迫随液体一起流动，形成
汽—液两
相流动，沿途吸热，直至全部汽化。
液体的沸腾曲线
液体主体达到饱和温度ts，加热壁面的温
度tw，随壁面过热
度⊿t=tw-ts的增加，沸腾传热表现出不同的传热规律。图表示
水在
一个大气压力下沸腾传热热流密度q与壁面过热度⊿t的变化
关系，称为沸腾曲线。
37
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液体沸腾
液体沸腾曲线
¡自然
对流段
¡泡核泡状沸腾段
¡膜状沸腾段
自然对流
α
核状沸腾
C
膜状沸腾
D
B
A
ΔtK
38
常压下水沸腾时α与
Δt的关系
传热强化与过程节能教育部重点实验室
自然对流沸腾区：过热度⊿t
较小，加热壁面处的液体轻微过热，产
生的汽泡在升浮过程往往尚未达到自由液面就放热终结而消失。其
给热系数h和热流密度q比无相变自然对流略大。如图中AB段所示。
核状沸腾区：随着⊿t的
增大，在加热面上产生汽泡数量增加，汽泡
脱离时，促进近壁液体的掺混和扰动，故给热系数h和热流密
度都
迅速增加，如图中公元前所示。
过渡沸腾区：当⊿t增大至过C点后，加热面上产生的汽泡
数大大增
加，且汽泡的生成速率大于脱离速率，汽泡脱离壁面前连接成汽膜
，由于热阻增加，给
热系数h与热流密度q均下降，如图中CD所示。
膜状沸腾：⊿t继续增大，汽泡迅速形成并互相结合成
汽膜覆盖在加
热壁面上，产生稳定的膜状沸腾，此时，由于膜内辐射传热的逐渐
增强，给热系数
h和热流密度又随Dt的增加而升高。
烧毁点：由图可知，点C和E的热流密度相等。当热流密度增至q
c后
，为进一步提高传热速率，⊿t必须增至⊿tE以上，这时的壁面温度
有可能高于换热器的
金属材料的熔化温度。所以C点称为临界点，亦
称为烧毁点。
39
传热强化与过程节能
教育部重点实验室
(1)液体物性液体的导热系数、密度、粘度、表面张力等对沸腾传热都有影响。一般α随k、ρ的增大、μ和σ的减少而增
大。
(2)温度差△t 温
差△t＝t
w
-t
s
是影响沸腾传热的重要因素。在
核状沸腾区：α
＝a(△t)
n
。式中a和n是根据液体种类、操作压
强和壁面性质而定的常数，一般
n＝2～3。
(3)操作压强提高操作压强即相当于提高了液体的饱和温度，使
液体的表面张力
和粘度下降，有利于汽泡的形成和脱离，使沸
腾传热增强，在同样的△t下能得到更高的α。
(4)加热壁面加热面的材料不同，光洁度不同，则形成汽化核心
的条件不同，对沸腾传热有显著影响。
通常新的清洁加热面α
较高，当壁面被油脂沾污后，会使h急剧下降；壁面愈粗糙，
汽化核心愈
多，有利于沸腾传热。此外加热面的布置对沸腾传
热也有明显影响，如在水平管束外沸腾时，其上升汽泡
会覆盖
上方管的一部分加热面，导致管的平均α下降。
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传热强化与过程节能教育
部重点实验室
图示出了垂直管内液体沸腾过程中出现的流动型态和传热类型，液
体进入管内至开始产生汽泡的这一段为单相液体的无相变加热过
程，液体开始产生汽泡时，液体主体尚未
达到饱和温度，处于过冷
状态，称为过冷沸腾。继续加热而至饱和温度时，即进入泡状沸腾
区，
形成泡状流和块状流(汽泡汇合成块)，随着蒸汽含量的进一步
增加，大汽块进一步合并，在管中心形成
汽芯，称为环状流。环状
液膜受热蒸发，逐渐变薄，直至液膜消失，称为蒸干。对湿蒸汽继
续加
热，最后进入干蒸汽的单相传热区。
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