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不凝结气体水平管外凝结传热分析
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【集中供热论文】摘要：本文阐述了不凝结气体对凝结换热的影响机理，回顾了不凝结气体-蒸汽混合物凝结换热的计算方法，包括：基于边界层理论的数值方法，Peterson质扩散模型以及关联式法。本文采用双膜理论，结合迭代法求气液分界面气体浓度的方法，分别计算水蒸汽-空气，制冷剂-空气混合物在水平管外凝结传热的换热系数。计算结果与文献已有的试验数据对比表明：双膜计算方法可用于不凝结气体浓度10%以下的水平管外层流膜状凝结问题的设计计算，精度约在15%。此法可用于已知换热管壁面温度条件下的水平管外不凝结气体与蒸汽混合物的凝结换热系数计算。
关键词：不凝结气体 凝结换热 关联式
0 引言
Othmer最早发现[1-2]，蒸汽中含有少量不可凝性气体，会对凝结传热产生负面影响，其计算有如下特点：(1)由于蒸汽潜热的存在，热负荷与温度的关系为非线性关系，因此不能像单相气体冷却那样计算传热速率。(2)随着冷凝的进行，蒸汽的露点在不断变化，因此又不能采用努谢尔特公式计算。(3)在混合气体管外膜态凝结中，不凝结气体富集在气-液表面形成了一个扩散层，气体扩散层存在的气体浓差推动蒸汽向界面扩散凝结。因此，既有显热传递过程、又有蒸汽扩散、冷凝传热过程。(4)凝液流向竖直向下，而在扩散层中同时存在对流和扩散作用。由于气-液相界面处于动态平衡中，不断有凝结液体产生，这种凝结对气液界面有一种“抽吸”作用。(5)气-液界面的粘性力使气体扩散层有下沉趋势。当不凝结气体分子量小于凝结蒸汽分子量时，扩散层向上发展；反之，则向下发展。
不凝结气体存在时，换热系数计算有三种方法：(1)基于边界层理论的数值方法。研究者通常对流边界层的动量、能量积分方程，然后通过有限差分法等数值方法求解。(2)基于Peterson扩散层模型的分析方法，然后采用传热传质类比方法以及迭代计算等方法求解。(3)关联式法，包括系数法、迭代关联法、非迭代关联法。迭代模型往往需要通过迭代方法求界面的温度、浓度、压力等参数。而非迭代模型避开求气液界面参数。各类关联式列表如下：
表1 不
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