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第卷第期高校化学工程学报..
年月
气泡液捆、传楚传展
气泡在热液相介质中上升时的传热与传质’
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弓一,‘孙长贵。。徐维勤沈白求
大连理大学化学程研究所/
摘要
本文对气泡在热液相介质中上升时的传热与传质进行分析,建立数学模
型,并进行数值解,其结果可以说明气液相界面蒸发的特征本文还通过实验对
理论模型进行验证。
关键词:气泡,传热传质,强化传热
一
、前言
气泡在液相介质中的运动与传质已有不少研究但当气泡在热液相介质中上升时,气液
相界面上的液相会迅速汽化,这不仅使气泡迅速长大,影响其运动,而且还影响了气泡周围
液体的温度分布对于这一问题的深入分析尚未见文献报导。
我们曾研究发展了一种“载气蒸发”过程。在实验中观察到当液体在垂直加热管中进
行对流沸腾时,若在加热管下部引入步量惰性气体,加热管壁面温度会显著下降,可达~
℃,而且壁面上本来形成的沸腾泡核消失,传热膜系数增大。对这种现象的传热机理进行分
析,认为是由于惰性气泡与沸腾液体初始接触时,气液界面上的液体迅速汽化,吸收潜热使
气液界面温度下降,从而导致加热壁面与气液界面之间的传热温差加大,增大了传热速率。
若传热速率维持不变,必然会使加热壁面温度下降,抑制壁面核沸腾。
利用上述现象,当蒸发易析出固相晶体的溶液时,若在加热管中引入少量惰性气体,可
使本来在加热壁面上的沸腾过程转变成为液相主体中的气藏界面上的蒸发过程。由于加热
壁面温度的降低,就可避免或减少固体物质析出时在加热管壁上形成晶疤。
为了说明载气蒸发过程中传热增强的机制,本文拟在简化的条件下,对气泡在热液相介
质中上升时的传热与传质作一理论分析,导出数模并进行实验验证。
· 高等学幢博士学科点专项科研基盘资助硬目
· 现在中科院化冶所工怍
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高校化学程学报
二、数学模型
当考虑一惰性气泡在热液相介质中上升时,由于气液相界面上液体的蒸汽压大于气泡
内液体的蒸汽分压,液体会在相界面上蒸发并传递至气泡内部,从而引起气泡长大。而液体
汽化所需潜热又来源于液相主体,由于气液界面处液相温度降低,热由液相不断传至气液界
面因此,这是一个有相变的传热、传质问题。
为了对此问题进行数学描述,用图表示其简化模型。在此
模型中包括下列简化假定:气泡呈球形;气泡在势流场中
运动;蒸汽分子由气液界面向气泡内的扩散完全是分子扩
散;在气液相界面上,液体蒸发所需潜热是通过环绕气泡的
一很薄传热边界层而导入;整个气泡的瞬时温度
均一,且同相界面温度相同。
随着液体蒸汽向气泡内的扩散,气泡会逐渐长大,但其生长
图物理模型简图
速率与气泡的上升速度相比可以忽略,因此,
程中可采用拟准稳态方法。.
.通过传热边界层的热量传递
在球坐标系中,具有轴对称的稳态传热微分方程为:
署十孚詈丽—一口。吉杀詈——嘉詈面
因假定气泡在势流场中运动,则相应的速度分布为:
一一。。
‰/
在传热边界层内,对式进行数量级分析, ,表明方向的热传导可忽略
不计,由此可得: 血詈一,
相应的边界条件为:
—一。