Практическая работа - Процессы пузырькового кипения

Практическая работа

Процессы пузырькового кипения

В металлургии с процессами кипения встречаются при проектировании и эксплуатации водоохлаждаемых элементов тепловых агрегатов. Также процессы кипения воды сопровождают некоторые технологии обработки давлением (охлаждение проката, удаление окалины).

Интенсивность теплообмена определяется следующими факторами:

1. турбулизацией пограничного слоя, которая происходит в результате образования и движения паровых пузырей;

2. переносом теплоты от твердой поверхности в паровой пузырь.

Обязательным условием парообразования является перегрев жидкости, т.е. ее температура должна быть больше температуры насыщения пара. Наибольшего значения перегрев достигает в слое жидкости от 2 до 5 мм непосредственно у поверхности нагрева.

На диаграмме зависимости плотности теплового потока от температуры перегрева (прил.1) режиму пузырькового (развитого) кипения соответствует интервал 3, из которого видно, что плотность теплового потока приблизительно пропорциональна температуре перегрева в 3-4 степени. Максимальной величины плотность теплового потока достигает в точке «а», которая называется первой критической плотностью теплового потока. Соответствующую ей температуру перегрева называют первым критическим температурным напором.

При увеличении температуры перегрева выше критической, поверхность покрывается сплошной паровой пленкой и начинается снижение плотности теплового потока.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что с повышением температуры перегрева плотность теплового потока увеличивается, что можно наблюдать на графической зависимости, полученной расчетным путем.

В случае пузырькового кипения минимальный радиус зародыша пузыря определяется перегревом жидкости вблизи стенки. Минимальный радиус зародыша пузыря можно определить по формуле:

R_min = (2·σ· Т_нас )/(ΔТ_пер·ρ_д· L_пар),

из которой видно, что с увеличением температуры перегрева минимальный радиус пузыря должен уменьшаться, что также можно наблюдать на графической зависимости, полученной расчетным путем.

Отрывной радиус пузыря R_o определяется взаимодействием подъемной силы, отрывающей пузырь от стенки с силой гидравлического сопротивления жидкости и силой поверхностного натяжения, прижимающей ножку пузыря к стенке. Используя ряд формул можно проследить, что отрывной радиус пузыря находится в прямой зависимости от критерия Якоба, который, в свою очередь, прямо пропорционален температуре перегрева. Таким образом, можно сделать вывод о том, что с увеличением температуры перегрева наблюдается рост значений критерия Якоба, что влечет за собой увеличение отрывного радиуса пузыря, что также видно из графической зависимости, полученной расчетным путем.

Для определения коэффициента теплоотдачи α при пузырьковом кипении используем формулы, полученные при обработке экспериментальных данных. Из этих формул видно, что с увеличение температуры перегрева растет значение критерия Нуссельта (Nu), что указывает на интенсификацию теплообмена при кипении, а, следовательно, и увеличение значений коэффициента теплоотдачи от жидкости к пару. Это можно также наблюдать из графической зависимости, полученной расчетным путем.