冷凝液膜厚度对传热系数影响的实验研究

近一个世纪前，传热学先驱^[1]德国物理学家威廉·努塞尔（Wilhelm Nusselt）提出一个数学模型^[4]来计算冷凝传热系数。努塞尔设想蒸气凝结在冷的垂直板上，如图5-4所示，蒸气凝结在板表面，冷凝液膜逐渐变厚并向下流动。冷凝传热系数考虑了冷凝液膜厚度对导热的影响。努塞尔提出的平均冷凝传热系数表达式为

图5-4 在垂直冷板表面气体冷凝

（5-1）

式中 h_c——平均冷凝传热系数[W/（m²·℃）]

g——重力加速度，数值为9.81m/s²；

ρ——冷凝液密度（kg/m³）；

h_fg——制冷剂的蒸发潜热（kJ/kg）；

k——冷凝液热导率[W/（m·℃）]；

μ——冷凝液黏度（Pa·s）；(www.xing528.com)

Δt——气体与平板的温差（℃）；

L——垂直平板的长度（m）。

在工业实践中是否所有的冷凝都发生在垂直板上？事实上，一种非常古老的冷凝器设计是采用垂直管。在垂直管中水在重力作用下向下流动，这样便于清洗换热表面。制冷剂在垂直管的外表面冷凝。

式（5-1）稍微修改后广泛应用于卧式壳管式冷凝器。垂直列中的管数与管直径的乘积代替平板的垂直长度L，White^[3]先生试验测试表明平均冷凝传热系数是0.63W/（m²·℃），到Goto^[4]先生测试是0.65W/（m²·℃），因此，直径为d的N组卧式（原文写的是立式，因为立式已经有表达式，笔者认为可能有误）管的平均冷凝传热系数方程是

（5-2）

用这种冷凝方程，可以对各种制冷剂的冷凝传热系数进行比较。参考文献[5]对冷凝温度30℃，6根直径为25mm的垂直管束进行试验，得到的冷凝传热系数见表5-1。氨在管外的冷凝传热系数远远高于氟利昂，大约是氟利昂的5倍。

表5-1 几种制冷剂在管外的冷凝传热系数