式。以上两法目前使用于层流问题。(3)根据热量传递和动量传递可以类比，建立类比律，借助于流动摩擦阻力的实验数据，求得对流换热系数。此法较多用于紊流问题。(4)由相似理论指导实验，确定换热准则方程式的具体形式，提供工程上常用准则方程式，求解准则关联式得到对流换热系数。
6、有若干个同类物理现象,怎样才能说明其单值性条件相似。试设想用什么方法对以实现物体表面温度恒定、表面热流量恒定的边界条件?
答：所谓单值条件是指包含在准则中的各已知物理量，即影响过程特点的那些条件──时间条件、物理条件、边界条件。所谓单值性条件相似,首先是时间条件相似(稳态过程不存在此条件)。然后,几何条件、边界条件及物理条件要分别成比例。采用饱和蒸汽（或饱和液体）加热（或冷却）可实现物体表面温度恒定的边界条件，而采用电加热可实现表面热流量恒定的边界条件。
1、温度为50℃，压力为1.01325×105Pa的空气，平行掠过一块表面温度为100℃的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m，宽度为0.1m。按平板长度计算的Re数为4×l04。试确定：
(1)平板表面与空气间的表面传热系数和传热量； 解：本题为空气外掠平板强制对流换热问题。
(1)由于Re＝4×104＜5×105，属层流状态。故：Nu?0.664Re空气定性温度：tf?12(t??tw)?12(50?100)?751/2Pr1/3
℃
空气的物性参数为??0.0299W/(m?K)，Pr=0.70 故：Nu?h?Nu?lhl???0.664?4?10?41/2???0.7?1/3?117.9
117.9?0.02990.2?17.6W/（m2.K）
散热量??hA(tW?t?)?17.6?0.2?0.1?(100?50)?17.6W 填空题
1、根据数量级分析知：沿边界层厚度方向的压力梯度
?p?x?零(0)_，可以认为沿流动方向任何X截面处边界层内的压力分布与
_边界层外主流区_处压力分布相同。
2、流体掠过平板时，层流边界层厚度沿流动方向比紊流边界层增加得_慢_（快和慢）。层流边界层内的局部，平均对流换热系数h沿流动方向X是逐渐_减小（增加或减小）。
3、流体掠过平板紊流换热时，其对流换热热阻仍集中在_层流底层_。因此，_通过改善流动状况，使层流底层的厚度减小_是强化对流换热的主要途径之一。
4、由于物性随温度变化，在对流换热条件下，流场内各处温度不同，自然各处的物性亦异。因此在计算中是以某一特征温度--定性温度来确定物性的。定性温度的选择有以下三种：流体平均温度、_壁面平均温度_、_流体与壁面的算术平均值_。
5、普朗特提出的紊流边界层概念，认为紊流边界层仅由__层流底层_和_紊流核心区_组成。
6、在流动条件相同时，空气的对流换热系数比水的对流换热系数_小，这是因为_空气的导热系数、密度、比热比水小_。
7、边界层理论的基本依据为：在流动边界层内，流体的运动由_粘性流体运动微分方程(N，S方程)_方程来描述，而在主流区内，流体的运动由_无粘性理想流体运动方程(伯努利方程)_方程来描述。
8、对于Pr>>1的流体，其流动边界层的厚度δ_远大于_热边界层的厚度δt；而对于Pr<<1的流体，其流动边界层的厚度δ_远小于_热边界层厚度δt。
9、动量微分方程是从分析微元体的_动量守恒_中建立起来的，它描述了流体的_速度场_。能量微分方程是从分析微元体的_能量守恒_中建立起来的，它描述流体的_温度场_。
10、流体沿平板作二维稳态受迫流动换热时，层流边界层厚度δ随板长X的变化关系为??CX1/2。(系数用常数表示)
11、对流换热微分方程式描述了_对流换热系数h与流体温度场_之间的关系，对于给定流体和已定的换热温差，则对流换热系数h取决于_壁面处流体的温度梯度_。
12、与流动边界层有关的守恒关系式是__质量守恒_定律和_牛顿第二运动__定律。
13、确定对流换热系数的方法有⑴建立微分方程组并分析求解。⑵建立积分方程组并求解，⑶_建立类比律，已知摩擦系数推算出对流换热系数；_⑷__由相似理论指导实验，确定换热准则方程式的具体形式__。
14、动量积分方程式建立的依据是_牛顿第二运动定律_；能量积分方程式建立的依据是_能量守恒定律_。 15、用摩擦系数数据来求对流换热系数的理论依据是_动量传递和热量传递_之间的_类比_关系。
16、平板层流速度边界层厚度正比于流体的运动粘度的__1/2_次方。对于Pr≈1的流体，平板层流热边界层厚度与速度边界层厚度之比近似地等于_1__。
17、流体以层流掠过平板时，在X长度内平均放热系数h比x处的局部放热系数hX大；平均放热系数h为局部放热系数hX的2倍。 18、相似理论对实验研究对流换热问题的指导意义在于：通过相似分析的方法，把影响现象众多物理量组成若干相似准则。用_相似准则_把同一类现象中看来似乎是没有关系的个别现象归纳为相似现象群。再用_相似准则_方程式反映了一类现象中无数相似现象群之间的规律。
2/3
19、柯尔本类比律用_Pr考虑物性影响_对雷诺类比律进行修正，从而可适用于Pr_不等于1_的流体。 20、判别现象相似的条件是：凡同类现象_单值性条件相似_，_同名已定准则相等_，现象必相似。
21、在紊流传递过程中，除了有和层流一样的分子扩散运动传递作用外，还存在流体质点_紊流脉动的附加作用_传递动量和热量。 22、对于普朗特数等于1的流体，平板表面无因次速度和无因次温度分布曲线_完全相同_，其流动边界层厚度δ_等于_热边界层厚度δt。
23、雷诺类比律反映了_换热系数和摩擦系数__之间的关系，它只适用于Pr_=1_的流体。 24、格拉晓夫准则的数值反映__浮升力与粘性力_之比。
11
25、如果两现象的流体受迫运动相似，必然是_Ra或（GrPr）_准则相等。 26、如果两对流换热现象相似，必然是_Nu同名相似__准则相等。
27、同一流体以同一速度，同一温度流过两根圆管。已知1为铜管，2为钢管，两根管子的直径、长度、粗糙度和壁温均相同，但导热系数λ1(铜)>λ2(钢)，则两圆管的对流换热系数__h1=h2
28、当流体在长圆管内受迫流动时，流动边界层的最大厚度δ圆管半径R的关系是___δ=R
29、对于普朗特数P=1的流体，如果流动边界层和热边界层都从同一地点开始发展，流动边界层的厚度δ㎝，热边界层厚度δt间的关系是______δt=δ。
4、流动边界层和热边界层的状态决定了边界层热量传递过程，紊流换热热阻将主要取决于__层流底层的导热过程
5、某流体在两根几何尺寸完全相同的圆管内受迫流动换热，一管保持壁面温度均匀并恒定不变，另一管保持壁面热流均匀并恒定不变。若两管中流体的Re和Pr数分别相等，此两管内的换热现象是_________不相似
6、物理现象相似的一个重要性质是：彼此相似的现象，它们的同名相似准则____必定相等 7、已定准则是指________全部由已知量构成的准则。 名词解释 1、层流边界层: 2、热(温度)边界层：3、流动(速度)边界层：4、层流底层：5、努谢尔特准则Nu：Nu?hL/?，它反映了对流换热的强弱程度，是换热表面层内的无因次温度梯度。
6、瑞利准则Ra：Ra?ul/a，它反映流体流动过程中的惯性力和所受到的粘滞力之间的比例关系。可以用Ra数来标志流体流动的状态，在准则方程式中，Ra数反映流动状态对换热的影响。
7、雷诺类比律：雷诺类比律反映了换热系数和摩擦系数之间的定量关系，即已知摩擦系数，就可以由类比律算出对流换热系数。对于纵掠平板紊流换热St=Cf/2。这种类比关系建立在动量传递和热量传递的类比。雷诺类比律只适用于Pr=1的流体。
8、普朗特准则Pr：Pr??/a，它是一个完全由物性参数构成的准则，反映流体物性对换热的影响。Pr数反映了流体中分子的动量扩散和热量扩散的相对比值。Pr=1时，ν=a，速度边界层和温度边界层的厚度相等，δ=δt。Pr＜1即ν＜a，温度场的传递速度比速度场快，则δt>δ。Pr>1时情况相反，δt＜δ。
9、格拉晓夫准则Gr：Gr?g?t?vl/?32，它反映流体在自由流动过程中浮升力和粘滞力之间的相对大小。Gr数的增大，表明
浮升力作用增长。在准则方程式中，Gr数反映在自由流动中流体运动状态对换热的影响。
问答题
1、试引用边界层概念来分析并说明流体的导热系数、粘度对对流换热过程的影响。
答：(1)λ大的流体，当层流底层厚度相同时，层流底层的导热热阻小，因而对流换热系数h就大；(2)粘性大的流体，则流过壁面时的滞止作用就大，在相同的流速下其边界层的厚度就较厚，因此减弱了对流换热，对流换热系数h较低。
2、何谓紊流(湍流)边界层？并简述其构成特点。
答：流体在边界层内的流动处于紊流(湍流)状态时的边界层，称为紊流边界层。在紊流边界层中，除了紊流核心区之外，在靠近壁面附近的一个薄层内，由于流体的速度很低，仍处于层流状态，称为层流底层，在层流底层和紊流核心区之间还存在一个缓冲层。在紊流边界层中，流体的运动无规律，充满了漩涡和脉动，使流体微团穿过流线产生涡旋对流混合运动，大大加强了动量和能量的传递。但在层流底层，热量的传递仍然是依靠分子扩散运动所产生的导热作用。由于旋涡混合对流方式传递热量远比导热作用强，故紊流边界层的温度梯度在层流底层最大，在紊流核心区变化平缓。
3、绘图说明气体掠过平板时的流动边界层和热边界层的形成和发展。
答：当温度为tf的流体以u∞速度流入平板前缘时，边界层的厚度δ=δt=0，沿着X方向，随着X的增加，由于壁面粘滞力影响逐渐向流体内部传递，边界层厚度逐渐增加，在达到Xc距离(临界长度Xc由Rec来确定)之前，边界层中流体的流动为层流，称为层流边界层，在层流边界层截面上的流速分布，温度分布近似一条抛物线，如图所示。在Xc之后，随着边界层厚度δ的增加，边界层流动转为紊流称为紊流边界层，即使在紊流边界层中，紧贴着壁面的薄层流体，由于粘滞力大，流动仍维持层流状态，此极薄层为层流底层δt，在紊流边界层截面上的速度分布和温度分布在层流底层部分较陡斜，近于直线，而底层以外区域变化趋于平缓。
4、流体沿平板流动时，为什么板面边界层厚度沿着流动方向越来越厚？为什么紊流边界层的厚度增长得比层流边界层快？
答：流体流过平板时，在进口处的边界层最薄，因为只有和壁面直接接触的一层极薄的流体受到壁面粘滞力的作用而降低了速度，随着流体向前流动，由于边界层内速度慢的流体对边界层外速度快的流体产生粘滞作用，使边界层逐渐增厚。在层流边界层中，能量和动量的传递是依靠分子的扩散运动，其边界层厚度发展得较慢，而紊流边界层中除与层流边界层中同样存在依靠分子扩散运动外，还有更主要的由宏观的涡流扩散运动来传递能量和动量，使其边界层迅速增厚。
5、在对流换热过程中，紧靠壁面处总存在一个不动的流体层，利用该层就可以计算出交换的热量，这完全是一个导热问题，但为什么又说对流换热是导热与对流综合作用的结果。
答：流体流过静止的壁面时，由于流体的粘性作用，在紧贴壁面处流体的流速等于零，壁面与流体之间的热量传递必然穿过这层静止的流体层。在静止流体中热量的传递只有导热机理，因此对流换热量就等于贴壁流体的导热量，其大小取决于热边界层的厚薄，而它却受到壁面流体流动状态，即流动边界层的强烈影响，故层流底层受流动影响，层流底层越薄，导热热阻越小，对流换热系数h也就增加。∴是对流和导热的综合作用。
6、简述边界层理论的基本论点。
答：当流体流过壁面时由于摩擦力的作用，使壁面附近的流体速度减低，直至到零。我们把减速的区域称为流动边界层，流动边
12
界层的特征为：⑴边界层厚度δ与壁的尺寸l相比是极小值；⑵边界层内壁面法线方向速度变化率最大，即
很大；⑶边界层?y流动状态分为层流与紊流，而紊流边界层内，紧贴壁面处仍将是层流，称为层流底层；⑷流场可以划分为两个区：边界层区和主流区。边界层区是流体粘性起作用的区域，它的运动可由粘性流体运动微分方程描述。主流区速度梯度为0，可视为无粘性的理想流体，它的运动由伯努利方程描述。
以上四点就是边界层理论的基本论点。
7、流动边界层的意义是指什么？热边界层的意义是什么？边界层厚度是怎样定义的？
答：流动边界层的意义是指流体经壁面时，由于流体的粘性，使流体在靠近壁面处产生了较大的流速的变化，这个区域就是流动边界层，在流动边界层中粘性起作用。热边界层是指流体流经壁面时，由于流体的导热性能以及流体的温度与壁温的不同，使流体在靠近壁面处产生了较大的温度变化，这个区域称热边界层。流动边界层厚度是指速度达到主流速度的99%的点到壁面的距离。温度边界层厚度是指边界层中温度达到主流温度的99%的点到壁处面的距离。
8、分别说明强化单相对流换热、沸腾换热和膜状凝结换热的基本途径。
答：强化单相对流换热主要途径是通过各种措施来减薄层流底层的厚度。强化沸腾换热的主要途径是增加传热面上的汽化核心和汽泡产生的频率。强化膜状冷凝换热主要途径是降低冷凝液膜的厚度。
9、在层流边界层和紊流保边界层中的热量传递有何区别？
答：对于层流边界层，壁面法线方向的热量传递靠导热方式，边界层内温度分布呈抛物线。对于紊流边界层，层流底层的热量转移靠导热，而在底层之外的紊流区，除导热方式之外，主要靠涡旋扰动的对流混合作用，边界层内的温度分布在底层区较陡斜，而在紊流区变化平缓呈正截抛物线形式。
10、确定对流换热系数h有哪些方法？试简述之。
答：求解对流换热系数的途径有以下四种:(1)建立微分方程组并分析求解___应用边界层理论，采用数量级分析方法简化方程组，从而求得精确解，得到了Re，Pr及Nu等准则及其准则关系，表达了对流换热规律的基本形式。(2)建立积分方程组并分析求解___先假定边界层内的速度分布和温度分布然后解边界层的动量和能量积分方程式求得流动、热边界层厚度，从而求得对流换热系数及其准则方程式。以上两法目前使用于层流问题。(3)根据热量传递和动量传递可以类比，建立类比律，借助于流动摩擦阻力的实验数据，求得对流换热系数。此法较多用于紊流问题。(4)由相似理论指导实验，确定换热准则方程式的具体形式。提供工程上常用准则方程式，求解准则关联式得到对流换热系数。
11、导温系数和导热系数对对流换热系数的影响有什么不同？
答：导热系数λ值增大，对换热有利。因为λ大，边界层(特别是层流底层)内的热阻减小，从而增大换热系数。导温系数a值增大，对换热不利，因为a的增大，使温度分布均匀，减少边界层内的温度梯度，从而减小换热系数。
12、对于不可压缩流体沿平板受迫流动时的稳态换热现象，需要哪些微分方程式来描述？
答：对流换热现象涉及流体运动和换热两个方面，它可以用一组微分方程式来描述。其中对流换热微分方程是直接用来求解对流换热系数的方程，它把换热系数同壁面上流体的温度梯度关联起来，只要求得温度梯度，就可用它来求h。但为了确定温度梯度，必须知道流体内的温度分布规律，即温度场。为求取温度场，则必须事先解出流体内的速度分布规律，即速度场。速度场由流体运动微分方程和连续性方程求解确定。温度场则由能量方程解得。这四个方程总称为对流换热微分方程组。
13、何谓定型尺寸？通常如何选择？
答：在无因次准则数中所包含的换热面尺寸叫做定型尺寸。通常是选取对流体运动和换热发生主导影响的尺寸作为定型尺寸，例如管内受迫流动换热过程则取内径di，管外受迫流动换热过程则取外径do，对非圆形管道取当量直径de。
14、何谓定性温度？通常如何取法？
答：在无因次准则数中的物性参数λ、α、ρ(ν)、cp等是随流体温度而变化。用于决定这些物性的温度称为定性温度。定性温度的取法大致有以下三种：
(1)流体的平均温度：ｔf=(tf’+tf”)/2；(2)壁面的平均温度：ｔw；(3)流体和壁面的平均温度：ｔm=(tw+tf)/2； 15、雷诺类比的主要假设，以及雷诺类比律适用条件。
答：雷诺类比建立在一个简化了的模型基础上，即视边界层为一层结构紊流模型，不论边界层内流动是层流还是紊流均遵守雷诺类比方程：，雷诺类比律St=Cf/2只适用于:(1)Pr≈1的流体；(2)流体阻力只有摩擦阻力的场合(不包括形状阻力)，因此只适用于管内流动以及没有边界层脱离的外掠流动。
16、什么样的现象是同类现象？什么样的现象是相似现象？
答：凡描述现象的微分方程组的形式和实质内容都相同的现象是同类现象。单值性条件相似，同名已定准则相等的同类现象是相似现象。
17、定义普朗特数，为什么它是很重要的？
答：普朗特数是运动粘度与导温系数之比，即Pr=ν/a。首先，它的数值只与流体的物性有关，反映了流体的重要物性，即反映了流体传递动量与传递热量的能力的相对大小。对于纵掠平板的层流换热情况，若其流动边界层和热边界层从同一点开始发展，则当Pr=1时δ=δt，当Pr>1时δ>δt，当Pr＜1时δ＜δt。
18、写出自由流动换热的准则关系式(幂函数形式)。
n
答：函数式:Nu=f(Gr，Pr)；幂函数形式:Nu=C(Gr·Pr)。
19、什么叫相似倍数？什么叫相似准则？举例说明它们之间的联系和差别。 答：一个物理现象中的任一物理量y1和另一同类物理现象中的相对应同类物理量y2成比例，
其比例系数Cy=y1/y2称之为相似倍数。用以判断现象相似的无量纲数称之为相似准则。举例:一组三角形彼此几何相似。
其中a1/a2=b1/b2=Cl称之为相似倍数(1)；a1/b1=a2/b2=Ll称之为相似准则(2)。式(1)表示两个三角形相似的性质一对应边成比例。揭示现象相似的性质。式(2)表示一个三角形中的某个无量纲量必然与相似现象中的对应的无量纲量相等。揭示现象(三角形)相似的充分和必要条件。
20、、何谓对流换热微分方程式，试说明其用途。
13
?ux答：根据傅立叶定律和牛顿冷却公式推导出来：梯度
式，称为对流换热微分方程式。该式说明只要知道了壁面处流体温度
，就可以确定对流换热系数。
21、采用一个缩小的模型来研究某大型设备中的流动和传热规律。如果保持模型中的工质温度和流速与大型设备相同，那么模型中的实验结果能否直接反映大型设备的规律？为什么？
答：此实验结果不能反映大型设备中的规律。虽然工质，温度，流速相同，但已定同名准则Ra不相等，则两现象不相似，所以其实验结果不能应用到大型设备中去。
22、有若干个同类物理现象，怎样才能说明其单值性条件相似。
答：所谓单值条件是指包含在准则中的各已知物理量，即影响过程特点的那些条件──时间条件，物理条件，边界条件。所谓单值性条件相似，首先是时间条件相似(稳态过程不存在此条件)。然后，几何条件，边界条件及物理条件要分别成比例。
23用同一准则方程描写的现象是否彼此相似，为什么？
答：用同一准则方程描写的现象彼此之间并不一定相似。因为准则方程式反映的是一类现象中无数相似现象组之间具有相同的规律。只有当其中的已定同名准则相等的一个现象组所描述的各现象之间才彼此相似。
24、何谓已定准则？何谓待定准则？稳定对流换热现象中哪些是已定准则，哪个是特定准则。
答：完全由单值性条件给出的物理量所构成的相似准则称之为已定准则。在所包含的物理量中具有待定的未知量的相似准则称之为待定准则。在稳态对流换热现象中，Re数Gr数和Pr数均为已定准则。Nu数为待定准则。
25、为什么要把实验结果整理成无因次的函数关系？用无因次量描写物理现象的场有什么好处？
答：用无因次量描写现象，其最大优点就是使所有相似的场能够完全重合。所以，必须把实验结果整理成无因次的函数形式，才能把从个别实验中得结果应用到相似的现象上去。
26、试讨论壁面粗糙度对对流换热的影响。
答：对于层流，层流厚度大于粗糙凸起的高度，凹处流动情况不良，对流作用减弱，虽然粗糙点也扩大了换热面积，则综合起来，粗糙度与换热无关。对于紊流，若粗糙凸起的高度与层流底层的厚度相差不多，对于换热也无影响。当粗糙度高于层流底层的厚度，流体越过凸出点，将在凹处引起涡流。使凹处流动得到改善，加上粗糙点扩大了换热表面积，则增强换热。
27、水在a、b两根长光滑管内受迫流动换热，已知流速wa=1.5m/s，wb=2m/s；管径da=40mm，db=15mm，两管内温度场完全相同，
-62
且水的运动粘度νa=νb=0.805×10m/s。问两管内的对流换热现象是否相似？为什么？
-644
答：计算Re准则:Rea=1.5×0.04/(0.805×10)=7.45×10＞10紊流；
-644
Reb=2×0.015/(0.805×10)=3.73×10＞10紊流；由温度场相同，又是同一种流体，有Pra=Prb
解(1)：a、b两者均是管内受迫流动紊流换热，但因同名已定准则Rea≠Reb，所以两对流换热现象不相似。
解(2)：对于管内受迫紊流换热，有Nu=f(Re，Pr)，因为Rea≠Reb，所以Nua≠Nub。故两管内对流换热现象不相似。 28、对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热?
答：采用短管，主要是利用流体在管内换热处于入口段温度边界层较薄，因而换热强的特点，即所谓的“入口效应”，从而强化换热。而对于弯管，流体流经弯管时，由于离心力作用，在横截面上产生二次环流，增加了扰动，从而强化了换热。
29、其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大，为什么？
答：横向冲刷时表面传热系数大。因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，而横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的旋涡，增加了流体的扰动，因而换热强。
第七章、凝结换热与沸腾换热
主要包括：凝结换热的基本特点、影响因素及其强化；沸腾换热的基本特点等。 1．沸腾换热
大空间饱和沸腾(也称为池沸腾)是研究的重点，其中又以核态沸腾和膜态沸腾两种形态为主。汽泡的发生、发展、跃升并脱离加热表面的过程对池沸腾换热的强度起决定性作用。理解水的沸腾曲线和各参数之间的相互关系将有助于掌握沸腾的基本特征。值得特别注意的是所渭临界热流密度(CHF)，以及通过调整壁面热流密度来控制沸腾过程的时候容易引起的超温问题。
核态沸腾表面传热系数的计算关系式很多，形式差异较大，计算结果误差甚至可能达到100％。对加热表面状况的定量描述始终是沸腾研究的难点，也是重点之一。目前常采用的办法仍以根据实验得出的经验常数为主。确定临界热流密度对给出实际沸腾运行工况点提供了有益的参照。计算膜态沸腾则必须注意与辐射传热方式相结合。
管内对流沸腾换热在工业上用途广泛、意义重大，但是其两相流动状态和传热机理太过复杂。多组分混合液体核态沸腾受质量传递(浓度扩散)的影响很大，汽泡成长减慢，表面传热系数比单组分低得多。
影响大空间饱和核态沸腾的主要因素包括：液体的热物性(粘度、密度、表面张力、汽化潜热和比热容等)，加热表面的材料和表面状况，液体的压力，加热面的大小和朝向，液位以及不凝气体的含量等。
2．凝结换热
表面凝结有两种基本形态——膜状凝结和珠状凝结，后者的表面传热系数大大高于前者，但在工业设备中实际发生的都是膜状凝结。 努塞尔竖壁膜状凝结理论解揭示了层流膜状凝结的换热以通过膜层的导热为主的本质，这无疑为强化膜状凝结换热指明了方向。 沿竖壁或竖管的膜状凝结液膜也可能发展成湍流，使表面传热系数得以明显提高。判断凝结液膜流动状态仍然用雷诺数，但其表达式和单相对流时很不一样。凝结液膜从层流转变到湍流的临界雷诺数等于1600。
管内凝结换热在工业上有很广泛的用途。和管内沸腾—样，它也与两相流的流型及表面状况等因素有关，是一个比较复杂的问题。
多组分混合物的膜状凝结同样频繁地出现在化工和制冷等重要的应用领域里。和多组分沸腾相同，它的表面传热系数也明显地低于单一组分时。
影响膜状凝结换热强弱的主要因素包括不凝气体含量、蒸气的流速与方向(汽液界画上的切应力)以及凝结表面的状况。
珠状凝结迄今为止仍是实验室里的研究课题，主要目标在于形成并维持长期稳定的珠状凝结状态。采用的方法不外乎改变凝结表面状况或者改变凝结液的物性。
14
3．强化传热技术
强化核态沸腾的基本着眼点在于设法增加活化核化点的数目。为此主要通过对加热表面的改性处理，如多孔表面、人工粗糙表面或涂层等措施来实现。管内沸腾换热的强化则大都采用各种内肋或者内螺纹管。
强化膜状凝结换热的出发点在于促进液膜的排泄以尽可能地使液膜厚度减薄。格雷戈里格效应管是实现这一想法的良好典范。后来研制的各种膜状凝结强化管大都是其思想的延续和发展。值得注意的是，近年来对双面同时强化的技术和元件的研究日益受到重视和推祟。
热管是一种构思巧妙的高性能传热元件，要根据使用场合的具体情况正确地选择热管工质，并安排外部的换热结构。对于冷源、热源均为气体，或者是液体的情况，主要的传热热阻显然都在外部。
1、饱和沸腾：在一定压力下沸腾液体的主体温度(tf)为饱和温度(ts)，而壁面温度(tw)大于ts时所进行的沸腾。 2、过冷沸腾：在一定压力下沸腾时，流体主流温度tf低于该压力下对应的饱和温度ts时所产生的沸腾。 填空题
1、蒸汽沿壁面作膜状凝结时，蒸汽中若含有不可凝气体，凝结放热系数会_降低_，液膜附近的不凝气体的分压力_大__于离壁面较远处不凝气体分压力。
2、层流膜状凝结放热的主要热阻是__液膜的导热热阻__。
3、蒸汽在n≤25排水平管束上冷凝时，n排管束的平均放热系数比(n-1)排管束的平均放热系数_小__，n排管束的平均放热系数为(n-1)排的__[(n-1)/n]1/4_倍。
4、蒸汽遇冷壁面凝结的两种形式为__膜状凝结_和__珠状凝结__。
5、对流沸腾与泡状沸腾的区别是_前者的沸腾温差很小，热流通量较低，壁上即使产生汽泡也不能脱离与上浮__。
6、沸腾放热过程是与汽泡的产生和脱离密切相关的，由蒸汽泡上力的平衡式可以看出，汽泡产生必须具备的条件是：(1)_液体主体温度有一定的过热度_，(2)_核化点_。
7、大空间沸腾状态有_对流沸腾_、__泡态沸腾__和_膜态沸腾__。
8、由于_表面张力_的关系，液体沸腾时，汽泡内的压力大于汽泡外液体的压力。 1、要想增大一个卧式冷凝器的传热面积，从传热的角度看，适宜增加_______。(c) (a)管子直径；(b)管子数目；(c)管子长度。
2、蒸汽在水平管束外表面膜状凝结换热时，第一排管子的平均换热系数_______。(b) (a)最小；(b)最大；(c)与其他各排的一样
3、下列三类对流换热过程中，_______的对流换热系数为最大。(c) (a)水在竖直管内作紊流流动时的换热；(b)空气在竖直管内作紊流流动时的换热；(c)饱和水在竖直管内作紊流流动时的泡态沸腾换热。
问答题
1、两滴完全相同的水滴在大气压下分别滴在表面温度为120℃和400℃的铁板上，试问哪块板上的水滴先被烧干，为什么? 答：在大气压下发生沸腾换热时，上述两水滴的过热度分别是℃和℃，由大容器饱和沸腾曲线，前者表面发生的是核态沸腾，后者发生膜态沸腾。虽然前者传热温差小，但其表面传热系数大，从而表面热流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的铁板上先被烧干。
2、为什么蒸气中含有不凝结气体会影响凝结换热的强度?
答：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面附近蒸气的分压力降低，从而蒸气饱和温度降低，使传热驱动力即温差(ts-tw)减小；另一方面凝结蒸气穿过不凝结气体层到达壁面依靠的是扩散，从而增加了阻力。上述两方面的原因使不凝结气体存在大大降低了表面传热系数，使换热量降低。所以实际冷凝器中要尽量降低并排除不凝结气体。
3、空气横掠管束时，沿流动方向管徘数越多，换热越强，而蒸气在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管束排数越多，换热强度降低。试对上述现象做出解释。
答：空气外掠管束时，沿流动方向管徘数越多，气流扰动增加，换热越强。而蒸气在管束外凝结时，沿液膜流动方向排数越多，凝结液膜越来越厚，凝结传热热阻越来越大，因而换热强度降低。
4、试述沸腾换热过程中热量传递的途径。
答：半径R≥Rmin的汽泡在核心处形成之后,随着进一步地的加热,它的体积将不断增大,此时的热量是以导热方式输入,其途径一是由汽泡周围的过热液体通过汽液界面输入,另一是直接由汽泡下面的汽固界面输入,由于液体的导热系数远大于蒸汽,故热量传递的主要途径为前者。当汽泡离开壁面升入液体后,周围过热液体继续对它进行加热,直到逸出液面,进入蒸汽空间。
5、为什么说单组分饱和蒸汽膜状冷凝时热阻是由液膜决定的，汽相中是否存在热阻？
答：单组分饱和蒸汽冷凝时，除了潜热之外，在汽相内不存在显热传递，无温度梯度，即汽相无热阻。∵tδ≈ts，∴相变热阻很小，所有热阻都集中于冷凝液膜内。若液膜为层流时，膜层内的传热完全依靠导热。因此对于一定物质来说其凝结换热系数的高低就取决于膜层的厚度。一切能使膜层增厚的因素都会减弱凝结换热，一切能使膜层减薄的因素都会增强凝结换热。
6、试述蒸汽速度大小、方向对凝结换热的影响。
答：蒸汽有速度，会使蒸汽与液膜表面产生切应力。当蒸汽向上吹时，使液膜减速和增厚，导致h下降。而向下吹的蒸汽则加速膜的运动，使膜变薄，换热加强。但不论向上或向下吹，如果蒸汽速度过大，液膜将脱离壁，换热将增强。
7、为什么膜状凝结时，同一管子横放比竖放时的换热系数为大？ 答：膜状凝结时，由于受重力场的作用，凝结的液体总是沿冷却面向下流动，膜层越来越厚，壁面处的温度梯度就小，使换热削弱。由于竖管上的凝液层要比横管厚，因此蒸汽在竖管上凝结的换热强度要比横管来的小，同一管子横放比竖放时的凝结换热系数来的大。[另外，膜状凝结换热与定形尺寸成反比h∝(1/l)1/4。同一管横放定形尺寸d为竖放定形尺寸l，所以h横＞h竖，其它条件同。]
8、在什么条件下形成珠状凝结，什么条件下形成膜状凝结？为什么
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