熱管換熱器管束的外部沸騰換熱

 在熱管余熱回收鍋爐中常應用氣汽熱管換熱器，其一側是翅片管，另一側為光管。翅片管側從煙氣中吸收余熱，光管側依靠水的沸騰產生蒸汽將熱量帶走。下面將討論管束外部沸騰放熱系數的計算。

 考慮到熱管管束在光管部分的排列不很緊密，而且都浸泡在大容器的沸騰液體中，因此，可以當作大容積沸騰來處理。而大容積中的沸騰傳熱目前已做了比較充分的研究（見傳熱學中有關部分）。

 實驗表明，一個表面沉浸在大容積中的沸騰情況與加熱面的過熱度有關。所謂的過熱度是加熱壁面的溫度Tw與沸騰液體飽和溫度Ts之差。例如，對一個大氣壓下的水，當過熱度ΔT=Tw-Ts逐漸增加時，其熱流密度q和沸騰放熱系數α的變化規律如圖5-6所示。

  實驗表明，圖中曲線的特點與汽泡的數目緊緊聯系在一起。當ΔT<5℃時（AB段），汽泡數目很少，只能在加熱面上的個別點產生，基本上屬于自然對流換熱的范疇；隨溫差ΔT的增大，汽泡越來越多，汽泡在壁面上的頻繁產生，成長和浮升，這個過程進行中使放熱系數迅速增大，稱為泡態沸騰（BC段）；當ΔT超過一定值時（在1個大氣壓下，此值約為25℃),汽泡增多以致連成一片，形成汽膜包圍加熱面，因而使放熱系數大大下降。在CD段，汽膜是不穩定的。到了D點以后，汽膜的生成和脫離趨于穩定，因而放熱系數也趨于恒定了。C點以后的沸騰狀態稱為膜態沸騰。C點是泡態沸騰向膜態沸騰的轉換點，稱為臨界點。這一點對應的放熱系數稱為臨界放熱系數；對應的熱負荷稱為臨界熱負荷。

工業上的沸騰設備都希望在泡態沸騰下工作。因為泡態沸騰不但具有較高的放熱系數，而且ΔT較小，壁溫較低，不會燒壞設備。泡態沸騰放熱系數還和沸騰液體的壓力有關，在同一個過熱度下，隨著壓力的增大，放熱系數增大。放熱系數還和沸騰液的種類和物性有關，不同的液體，泡態沸騰的放熱系數會有很大的差別。此外，加熱面的材質、粗糙度等對放熱系數也有顯著的影響。

可見，影響泡態沸騰的因素很多，這給理論和實驗研究帶來很多困難。目前，尚沒有滿意的純理論的求解公式，多數是實驗公式或半理論公式。

例如

（例題 5-6 ）

 有一熱管余熱鍋爐，熱負荷為12x104kwh,水的沸騰側由106根0.3m長的光管組成，管徑d.=25mm,此余熱鍋爐提供1kgf/c㎡2(表壓）的飽和蒸汽，試確定沸騰放熱系數。