液膜傳熱，是蒸汽與溫度低於其飽和溫度的固體壁面接觸時，就會放出汽化潛熱而凝結成液體依附於壁面上，如果冷凝液能夠很好地浸潤固體壁面，也就是液體對壁面附著力大於液體的表面張力，那么冷凝液就會沿著壁面形成穩定的液膜，稱之為膜狀凝結。
基本介紹
- 中文名：液膜傳熱
- 外文名：Liquid film heat transfer
- 影響因素：蒸汽速度等
- 計算公式：努謝爾特公式
- 學科：傳熱學
- 機理：冷凝形成液膜傳熱
機理,影響因素,計算公式,
機理
在膜狀凝結時由於冷凝壁面被冷凝液覆蓋，凝結只能在膜的表面進行，蒸汽凝結放出的汽化潛熱必須通過導熱和對流方式傳遞給液膜後由壁面帶走，故膜的厚薄及其運動狀態(層流或紊流)對換熱的影響很大，形成膜狀凝結的主要熱阻，而這些又取決於壁的高度(液膜流程長度)以及蒸汽與壁的溫度差。一般地說，層流膜狀凝結表面傳熱係數是隨壁的高度及溫度差的增加而降低，而紊流膜狀凝結與此相反。在一般工業設備中均為膜狀凝結。
影響因素
1、蒸汽速度
對水蒸汽速度一般低於10m/s，大的速度會在液膜表面產生明顯的粘滯應力。當蒸汽向下吹時，加速了液膜流動，使之變薄，換熱強化。但如果速度過大，則不論是向下或向上運動，液膜將脫離壁，都能增強凝結。
2、蒸汽含不凝氣體
蒸汽中即使只含微量不凝性氣體也會對凝結換熱產生極有害的影響。因為蒸汽冷凝時，把不凝氣體分子也帶到了液膜附近，因不能凝結而逐漸聚集在膜表面，使這裡的不凝氣體濃度(分壓強)高於離壁較遠的濃度，從而增加了蒸汽分子向液膜表面擴散的阻力。同時，由於總壓強保持不變，故膜層表面的蒸汽分壓低於遠處蒸汽分壓，這一因素又使膜表面蒸汽的飽和溫度降低。因而，相應地降低了有效的冷凝溫度差，使凝結換熱壁表面傳熱係數和換熱量降低。
因此，必須設法排除蒸汽中的不凝氣體成分(除氣器)。當然，增加蒸汽流速能夠破壞不凝氣體分子在液膜表面的聚集，使不凝氣體的影響減小。多組分蒸汽凝結時，凝結溫度低的組分也具有不凝氣體的類似作用。
3、表面粗糙度
當凝結雷諾數較低時，凝液易於積存在粗糙的壁上，從而使液膜增厚表面傳熱係數可低於光滑壁%；但當Rec> 140後，表面傳熱係數又可高於光滑壁，這種現象類似於粗糙壁對單相流體對流換熱的影響。
4、蒸汽含油
如果油不溶於凝結液(如水蒸汽和氨蒸汽中的潤滑油)，則油可能沉積在壁上形成油垢，增加了熱阻。
5、過熱蒸汽
在壓縮式制冷機中，從壓縮機進人冷凝器的製冷劑是過熱的。這時，液膜表面仍將維持飽和溫度，只有遠離膜的地方維持過熱溫度。
6、其他
除上述五種因素之外影響液膜傳熱的因素還有液膜流態(層流、紊流)、凝結壁面位置(水平壁、豎壁、傾斜壁，管束排列數)，壁面形狀(管內、管外)等因素。
計算公式
1916年努謝爾特（Nuseselt）對豎直壁面上純蒸汽層流膜狀凝結進行了理論分析。他根據連續液膜層流運動及導熱機理，建立了液膜運動微分方程式和能量方程式，然後求解液膜內的速度場和溫度場，從而得出表面傳熱係數的理論解。
該式計算結果一般較實驗結果約低20%，但該理論解是層流膜狀凝結換熱計算的基礎。
