Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Теплоотдача при кипении жидкости.

Читайте также:
  1. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости вдоль плоской поверхности (пластины)
  2. Теплоотдача при вынужденном ламинарном течении жидкости в трубах
  3. Теплоотдача при конденсации пара.
  4. Теплоотдача при поперечном омывании одиночной трубы
  5. Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб
  6. Теплоотдача при свободном движении жидкости

 

Из термодинамики известно, что температура насыщения tнпара, образующегося из кипящей жидкости, определяется давлением, под которым находится эта жидкость. Опыт показывает, что температура кипящей жидкости всегда несколько выше tн, например при атмосферном давлении температура кипящей воды составляет tн + (0,4 — 0,8 ОС). Она остается почти неизменной в направлении от свободного уровня к нагреваемой поверхности стенки сосуда (рис. 14.9, а) и лишь в слое толщиной 2— 5 мм у самой стенки резко возрастает. Температура частиц жидкости, соприкасающихся непосредственно с поверхностью нагрева, равна температуре стенки tст,т.е. в прилегающем к стенке слое жидкость перегрета относительно температуры насыщения на величину .Чем выше будет поверхностная плотность теплового потока q, называемая тепловой нагрузкой поверхности, тем больше температурный напор .

Изучение процесса кипения жидкости показывает, что пузырьки пара зарождаются только на обогреваемой поверхности стенки вокруг так называемых центров парообразования, которыми служат различ­ные неровности поверхности, а также пузырьки газов, адсорбированных ею. С течением времени пузырьки растут и, достигнув отрывного диаметра, определяемого в основном взаимодействием сил тяжести и по­верхностного натяжения, отделяются от поверхности нагрева.

Образование и отрыв пузырьков пара от поверхности стенки в зна­чительной степени зависят от того, смачивает кипящая жидкость по­верхность стенки или не смачивает. В первом случае пузырьки пара имеют тонкую ножку и легко отрываются от поверхности; в несмачиваемой жидкости пар скапливается в пузырьки с широкой ножкой, трудно отрывающиеся от стенки.

 

 

Рис. 6.1. Характер изменения теплофизических характеристик процесса кипения воды:

 

характеристика изменения температуры кипящей воды при
(q=22450 Вт/м2; tст = 109,1ОС) при подогреве её снизу (а) и зависимость плотности теплового потока и коэффициента теплопередачи при кипении воды (p = 0,1 МПа) от температурного напора (б)

 

Поскольку температура кипящей жидкости выше tн, между пузырьком пара и жидкостью происходит интенсивный теплообмен, который приводит к росту пузырька пара после его отрыва от поверхности. При этом в зависимости от степени перегрева жидкости и продолжительности подъема пузырька объем его увеличивается в десятки раз.

В процессе движения пузырьков пара жидкость сильно перемеши­вается и усиливается интенсивность теплообмена. Частота отрыва пузырьков и число действующих центров парообразования растут с увеличением температуры нагреваемой стенки, так как на процесс парообразования начинают влиять более мелкие неровности поверх­ности, что повышает теплоотдачу от нагреваемой стенки к жидкости.

Однако увеличение не всегда сопровождается повышением ин­тенсивности теплообмена. Действительно, рост действующих центров парообразования приводит к тому, что расположенные рядом пузырь­ки пара сливаются в одну общую пленку, отделяющую жидкость от поверхности нагрева. Вследствие сравнительно малой теплопроводности пара интенсивность теплоотдачи при этом резко падает.

На рис. 6.1, б показана установленная опытом зависимость qи от температурного напора для случая кипения воды в большом объеме при атмосферном давлении. В области между точками А и В, соот­ветствующей 5 °С и q= 5600 Вт/м2, значение коэффициента теплоотдачи невелико и определяется условиями свободной конвекции однофазной жидкости. При дальнейшем повышении плотность теп­лового потока быстро возрастает и при крит = 25 °С доходит до свое­го критического значения q крит = 1,45 • 106 Вт/м2 (точка D). В этой области (между точками В и С) вследствие роста и движения пузырьков пара коэффициент теплоотдачи также резко увеличивается и дохо­дит до своего максимального значения 5,85 • 104 Вт/ (м2 • К) у точки С, в которой при дальнейшем повышении происходит изменение режима кипения. Пузырьковая форма парообразования (называемая также ядерной или ячейковой) переходит в пленочную, значение резко падает, поскольку образовавшаяся пленка пара отделяет жид­кость от нагретой стенки.

Эта пленка имеет неустойчивый характер. Она непрерывно разрывается на части и удаляется в виде больших пузырей, а на ее месте возникает новая.

Знание критических значений qкр и кр имеет большое практическое значение, ибо при выборе оптимального режима работы теплообменных аппаратов всегда нужно ориентироваться на пузырьковый режим кипения.

В противном случае будут уменьшаться производи­тельность и экономичность теплообменника, а также перегреваться его металлические стенки, что может привести к выходу аппарата из строя.

Исследования влияния давления на значение qкр показали, что для многих жидкостей с увеличением давления qкр сначала резко возрастает, достигает некоторого максимума, затем падает и при критичес­ком давлении становится равным нулю. В частности, для воды будет равно 4,65 • 106 Вт/м2 при давлении p 8 МПа.

В результате обобщения большого числа опытных данных при кипении различных жидкостей в условиях естественной конвекции (вклю­чая жидкие металлы) Д. А. Лабунцовым в критериальной форме была получена зависимость

 

(6.1)
. (6.1)

Значения с и n при кипении жидкостей составляют:

при Re 0,01, С = 0,0625, n = 0,5;

при Re > 0,01, С = 0,125, n = 0,65.

 

(6.2)
Для практических расчетов удобно применять эмпирические размерные зависимости. Например, для воды в диапазоне давлений от 0,1 до 5 МПа эти зависимости имеют вид:

(6.3)
(6.2)

(6.3)

где q, Вт/м2, р, МПа • 10-1; , Вт/(м2 • К).

 


Дата добавления: 2015-08-03; просмотров: 252 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Условия подобия процессов конвективного теплообмена при совместном свободно-вынужденном движении теплоносителя. | Теплоотдача при вынужденном движении жидкости вдоль плоской поверхности (пластины) | Теплоотдача при вынужденном ламинарном течении жидкости в трубах | Теплоотдача при турбулентном движении жидкости в трубах | Теплоотдача при поперечном омывании одиночной трубы | Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб | Теплоотдача при свободном движении жидкости | Числовые данные к заданию 2 | Числовые данные к заданию 3 | Пример 2 |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Пример решения задания 4.| Теплоотдача при конденсации пара.

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.007 сек.)