Основы теории. Федеральное агентство по образованию

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Нижегородский государственный технический университет

Кафедра

«Ядерные реакторы и энергетические установки»

КИПЕНИЕ ЖИДКОСТИ НА ОБОГРЕВАЕМОЙ

ПОВЕРХНОСТИ

Методические указания к лабораторной работе 7

по дисциплине «Инженерная теплофизика»

для студентов специальностей 0705 1010

дневной формы обучения

Нижний Новгород

Составитель А.В. Дунцев

УДК621.039

Кипение жидкости на обогреваемой поверхности: Лаб. работа 6 по кур­су «Инженерная теплофизика» для студентов специальностей 0705, 1010 дневной формы обучения /НГТУ; Сост.: А.В. Дунцев.Н. Новгород, 2005.7с.

Научный редактор Г.Б. Усынин

Редактор Э.Б. Абросимова

Подписано в печать 10.11.2005. Формат 60 х 84¹/16. Бумага газетная.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,5. Уч.-изд. л. 0,2. Тираж 100 экз. Заказ 275.

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева. Типография НГТУ 603600, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

©Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2005

Цель работы

1.1. Целью работы является расширение и углубление знаний о ме­ханизме кипения жидкости на обогреваемой поверхности.

1.2. Во время подготовки и выполнения работы студенты должны изучить опытную установку, освоить методику проведения экспериментов, составления протокола и обработки результатов.

Основы теории

2.1. Наблюдение за поведением небольших порций жидкости на нагретой горизонтальной поверхности позволяет визуально фиксировать различные режимы кипения, а при измерении температуры поверхности и время испарения капли оценить величины и , где - разность температур обогреваемой поверхности и температу­ры насыщения жидкости.

2.2. При небольшой капля жидкости расплывается по поверхности и внутри жидкости идет образование отдельных пузырьков пара, уходящих через свободную поверхность капли. На сильно нагретой поверхности опущенная на нее навеска жидкости собирается в каплю приблизительно сферической формы, отделенную от твердой поверхности и находящуюся в непрерывном движении. В последнем случае время испарения капли во много раз больше времени испарения при пузырьковом кипении, что объясняется резким ухудшением теплоотдачи при высоких значениях разности температур . Это явление носит название кризиса кипения.

Рассмотрим процесс испарения капли в соответствии упрощенной схемой явления, изображенной на рис.1.

Рис.1

Пусть на обогреваемую поверхность помещена капля начального радиуса R₀. По истечении времени τ вследствие непрерывного подвода тепла радиус сферической капли уменьшится до размера R(τ). Будем считать, что температура жидкости в течение всего опыта равна , а разность температур и тепловой поток q постоянны.

Уравнение баланса тепла за промежуток времени dτ:

(1)

где dV — уменьшение объема капли за время dτ,

ρ' и r - плотность и скрытая теплота парообразования воды при Р = 1 атм.

2.3. Левая часть уравнения (1) соответствует количеству тепла, поступившего в каплю через площадь проекции ее на поверхность за время dτ, правая часть выражает собой количество тепла, унесенное испарившейся порцией воды, в результате чего объем капли уменьшился на величину

Подстановка dV в(1), после сокращения и интегрирования приводит:

(2)

(3)

где - время испарения капли с начальным радиусом , соответствующим начальному объему , из выражения (3) найдем связь между q, , :

(4)

С другой стороны по определению коэффициента теплоотдачи α:

(5)

Сопоставляя 4 и 5 получим связь между α и

(6)

Таким образом, варьируя величину и измеряя в каждом опыте и по формуле (6), можно построить зависимость:

(7)

а так же

(8)

2.4. При опытном исследовании сравнительно легко могут быть определены начальный объем капли (при помощи калибровочной капельницы или шприца), время испарения капли и более грубо температура поверхности - .

Описанная ниже экспериментальная установка позволяет в каждом эксперименте фиксировать , , и .

Дата добавления: 2015-08-09