1摘要本文分析了降液膜高雷诺数区域换热系数随液膜长度变化趋势，引出临界长度的概念。在较高雷诺数的湍流区，回流区的存在以及面波的影响能有效地减少局部薄膜厚度并增加对流换热，流速的，加进步强化换热，增加降膜整体传热系数。在高雷诺数区域，厚度形成的热阻超过回流的增强作用，而使换热削弱。液膜小于临界长度1换热系数随长度，长而，加，大于1换热系数随液膜，长而减小。 1引言竖直降液膜贴壁流具存小流量小温差高换热系数热流密度结构简中动力消耗小等优点，作为项效传热传质技术在化工核能动力制冷等许多工业领域得到广泛庖用，特别在高新技术领域中遇到的高热流密度下换热强化，如大规模集成电路的薄膜冷却第代核电站安伞壳薄膜蒸发冷却方案等，更扮演了特殊的角色14. 鉴于实际应用的急需和对现象的深刻理解，降液膜流动和传输机理的研究备受关注，尤其近些年已有大量的研究报道，主要包括水动力学特征的理论及实验研究；液膜的传输特性；液膜断裂的临界热流率等。大量实验观测明，竖直降液膜的流动形态随尺叮，1也数的增加和液膜流动方向而改变。竖直降液膜东进口或起始点附近具有比较光滑的自由界面，通常称为层流段，其长度随流动参数的不同时改变，其量级大约为1.此后，降液膜面出现波动并很快演化为维的不规则波状流。随降液膜流动形态的改变，其传热传质机理有本质差别。 同流态下降液膜换热特性，特别是液膜中较大孤这波对传热传质的影响。分析明，孤立波附近存在网流区引起的涡旋，是强化热质交换的主要原因，与此同时，降液膜厚度的，加则是弱化热质交换的主要原因，者共同决定降液膜的传热传质。 基金项目国家重点基础研究发展规划项目102000，2623，1；中国博士后科学基金资助。2，3，34，18工程热物理学报25卷2降液膜流动传热传质降液膜流动传热传质的研究主要针对层流和波状流阶段。竖直降液膜流动水动力特性的研究明当只62，时，流动呈平滑层流；当2，6，时，流动呈波动性剧烈的湍流。 层流降液膜研究己非常成熟，6问*先对凝液沿竖平壁层流时的凝结过程做出理论解析解。由于这种理想的膜状凝结换热与实际工业应用存在很大差异，许多学者在此基础上修正，使其更符合实际。，01；把大量研究者所作的修正归结为以下几类1过热蒸汽的凝结过程；2蒸汽在不同形状的冷壁面上的凝结；3蒸汽在微零重力场中的凝结，等等。研究者们同时分别对壁面温度换热温差蒸汽和自由界面上的剪切应力对降液膜传热传质的影响进行广泛探索。 工业感兴趣的101也数范围内，降膜呈现出非常不规则的波动0由面。1为丑=880，庄距入口29，1和870，两处实测的液膜厚度随时间的变化；7.2为竖直壁面上降液膜的维波形7.不论是有波动的层流还是旺盛的湍流，波动都有其特点。层流时的波形基本上接近于变形的正弦曲线，湍流，波形更为复杂，波动由基液膜上的小波和大波构成，大波的波幅远大于基液膜的厚度，*大与*小厚度之比大约在210倍之间，大波的间距也远大于基液膜的厚度，就如同形成个个孤立的大波，波的形状和波幅是随机的，小波的波幅与基液膜的厚度相当，人波曲也存在小波，小波的形状和波幅都具随机性，孤立波携带着大部分流动质量，对波与壁面波与外界的传热传质速率有着明姑的控制作用，对理解整个液膜的传质换热特性尤为重要。分析这些波内的速度分布，压力分布对揭竖直降液膜的传热和传质规律有重要作用。 直接测定降膜内的速度分布极其困难，数值模拟已成重要的手段，有的大多数模型都以抛物线办=880，距入口290咖速度分布作为基础。外4，416应用实测波形计算速度场，给出孤立波及演化中的波的流线求解周期性波动膜方程，其结果也仅在低867，1也数范围内与实验数据致。 3理论分析己有的相关研究工作均限于低只，1心数范围，或采用周期性的边界条件，这与实际存在定程度的差别。工业上应用更为广泛的是高只6，1也数范围，目前，这方面的研究工作尤其是通过数值计算方面模拟其流动和传热特性还很少。分析和认识高尺6.，1心数工况下降液膜流动和传热特性，对于实际应用具有更重要的意义。经典的努赛尔理论仅对层流及非常有限区域才适用，应用条件非常有限，而湍流阶段的计算主要是在层流公式的基础上加些修正系数，对换热的本质现象还没有较好的说明。 为分析较高的67肋1心数下的流动特征，叶学明等在流动充分发展状态和恒壁面热流密度条件下，利用己建立的面波数值模拟方法，采用接近实情况的边界条件，求解定常温度下垂迕降膜内向下流动，遇到低温壁面后凝结成液膜，受重力作用形成累积液膜，3.对蒸汽冷凝过程，主要热阻是冷壁上的液膜，如果外界条件相同，薄液膜的热阻比厚液膜小，传热系数增大。同样厚度的液膜，流速较慢的层流液膜热附比流速较快的湍流液膜热阻大。 在壁的顶端，冷凝液流景为零。由于冷凝液的积累，流量随着向下距离的，长而增加。层流阶段分为无波动的层流和有波动的层流两种。沿着竖壁再向下，67以13数，大至临界值而产生揣流。在层流区，传热系数随液膜的增厚而减小。在波动层流区，由于波动的混合作用，传热系数随着液膜加厚而减小的速率变小。在湍流区，湍流使液膜除因冷凝液的累积而增厚以外，还要进步加厚，这种加厚通常超不过湍流使换热加强的效应，因此在这个区域传热系数是，大的。 对充分发展降膜的求解结果74. 4是经坐标转换后，在动坐标系中降膜厚度随位置的变化曲线。4对应降膜的压力值，由于自由降膜厚度非常小，大约为，压力值只沿流动方向发生变化。孤立波波峰处压力*大，在其周围尤其是波形变化极其缓慢的地方，压力值趋于，这与曲率的变化趋势相吻合。4，在动坐标系下的速度分布情况和方向，在孤立波附近明显存在与主流方向相反的流动，说明在该处存在次流即回流区。在静坐标系下只能观察到自由降膜宏观地向下流动，只有在运动坐标系下，才能观察到回流区的存在。分析动坐标系下降膜内速度场的计算结果可以得出，孤立波内存在与主流方叫相反层流体，加快了微闭与膜内流体微团与自由界面自由界面间整体传热传质系数的增强。自由降膜的整体传热系数是由垂直壁面的纯导热和对流换热两部分组成，其中导热过程起主要控制作用，回流区质，并且能有效地减少局部薄膜厚度，起到增加整体传热系数的作用。 随着1也数，加，降膜对增强换热主要体现为如下几方面流体流速的，加对传热效果的明显改善起到不可忽视的作用；自由液膜面波的邮张力作用，可以有效地减小局部液膜厚度；孤立波内回流区不断，大，不断地卷吸膜内壁面处和面的流体，加快交换冷热流体的热量。这些特征体现自由降膜在各种场合下具存高传热传质系数的特点。 对于此7也数很大的区域，用数值方法汁算自由降膜在恒壁面热流密度条件下的无量纲局部换热系数沿流动方向变化规律明，在液膜度变化平缓处或位于波谷的地方，液膜较薄，其部换热从上面的分析可以看到，降膜流动方面存在孤立波的回流区和波动，对流换热效果加强，另方面由于降液膜厚度增大，热阻增强，换热减弱。由这两个因素的共同作用，在湍流初始段，加厚通常超不过湍流使换热加强的效应，换热增强；湍流充分发展段，液膜厚度增大对换热的削弱将大于网流区对换热的强化，总的换热系数变小。根据上面的分析，在湍流段换热强度存在局部*人值，本文引入个临界长度来其对应的长度，庄该点前换热系数随液膜凝结而，大，在该点后换热系数随液膜的不断凝结而变小。 系数较大；而在孤立波附近，尤其是孤立波的波峰，液膜较厚，其局部换热系数较小，5.但对大Reyn0ldS数自由降膜无量纲局部换热系数和平均换热系数的计算分析发现，即使在孤立波内存在回流区，换热系数仍然主要由垂直于壁面的纯导热控制，回流区的存在以及面波的影响可以，强降膜内的传热传质，并且能有效地减少局部薄膜厚度，起到有限地增加整体传热系数的作用。相比液膜的累积厚度形成的热阻，这个增加是较小的。 对液态金属些，业用油及些烃类液体而言，它们旦形成液膜，其热阻是水的几十甚至上倍，其临界长度1远远小于水的临界长度，所以液膜所以用短管的薄液膜凝结换热，可扬短避长。 4结论在较高只08数的湍流区，回流区的存在以及面波的影响能有效地减少局部薄膜厚度并增加对流换热，流速的，加进步强化换热，有效域，厚度形成的热阻超过回流的，强作用，而使换热削弱。 在湍流初始段，加厚通常超不过湍流使换热加强的效应，换热增强；在湍流充分发展段，液膜厚度，大对换热的削弱将大于，流区对换热的强化，总的换热系数变小本文提出个临界长度大于临界长度换热系数随降液膜的长度的，长而增加，小于1换热系数却随液膜的，长而减小，该点处降膜换热达到局部*大值。 王补宣。工程传热传质学。北京科学出版社，18.152163叶学民，阎维平，蒋章焰等。自由降膜面波流动和换热特性研究。华北电力大学学报，1999，261712蒋章焰，陶正文，阎维平。垂直自由降膜流面波的非线