热管换热器管束的外部沸腾换热

 在热管余热回收锅炉中常应用气汽热管换热器，其一侧是翅片管，另一侧为光管。翅片管侧从烟气中吸收余热，光管侧依靠水的沸腾产生蒸汽将热量带走。下面将讨论管束外部沸腾放热系数的计算。

 考虑到热管管束在光管部分的排列不很紧密，而且都浸泡在大容器的沸腾液体中，因此，可以当作大容积沸腾来处理。而大容积中的沸腾传热目前已做了比较充分的研究（见传热学中有关部分）。

 实验表明，一个表面沉浸在大容积中的沸腾情况与加热面的过热度有关。所谓的过热度是加热壁面的温度Tw与沸腾液体饱和温度Ts之差。例如，对一个大气压下的水，当过热度ΔT=Tw-Ts逐渐增加时，其热流密度q和沸腾放热系数α的变化规律如图5-6所示。

  实验表明，图中曲线的特点与汽泡的数目紧紧联系在一起。当ΔT<5℃时（AB段），汽泡数目很少，只能在加热面上的个别点产生，基本上属于自然对流换热的范畴；随温差ΔT的增大，汽泡越来越多，汽泡在壁面上的频繁产生，成长和浮升，这个过程进行中使放热系数迅速增大，称为泡态沸腾（BC段）；当ΔT超过一定值时（在1个大气压下，此值约为25℃),汽泡增多以致连成一片，形成汽膜包围加热面，因而使放热系数大大下降。在CD段，汽膜是不稳定的。到了D点以后，汽膜的生成和脱离趋于稳定，因而放热系数也趋于恒定了。C点以后的沸腾状态称为膜态沸腾。C点是泡态沸腾向膜态沸腾的转换点，称为临界点。这一点对应的放热系数称为临界放热系数；对应的热负荷称为临界热负荷。

工业上的沸腾设备都希望在泡态沸腾下工作。因为泡态沸腾不但具有较高的放热系数，而且ΔT较小，壁温较低，不会烧坏设备。泡态沸腾放热系数还和沸腾液体的压力有关，在同一个过热度下，随着压力的增大，放热系数增大。放热系数还和沸腾液的种类和物性有关，不同的液体，泡态沸腾的放热系数会有很大的差别。此外，加热面的材质、粗糙度等对放热系数也有显著的影响。

可见，影响泡态沸腾的因素很多，这给理论和实验研究带来很多困难。目前，尚没有满意的纯理论的求解公式，多数是实验公式或半理论公式。

例如

（例题 5-6 ）

 有一热管余热锅炉，热负荷为12x104kwh,水的沸腾侧由106根0.3m长的光管组成，管径d.=25mm,此余热锅炉提供1kgf/c㎡2(表压）的饱和蒸汽，试确定沸腾放热系数。