В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 64
Текст из файла (страница 64)
п. Сиял«ение давления при прОчих равных условиях прпнодп1 к умепыпезию абсолютной величивы первого слагаемого правой части зависвмосзи (13-5), т. е, к увеличению работы на образавзяие парового пузырька. Вследствие этого при уменьшении дав«1еппя качало процесса парообразовання сдвигается в облас~ь более высою1х перегревов жидкости. Соотпошепип (13-!) н (13-5) позволякп найти связь между крае- вым телом в формой нпадин. П Скорость роста пузырьков Одной нз основных характеристик механизма теплообмена при кипении жидкости является скорость роста паровых пузырей на поверхности нагрева.
После зарождения пузырьков на центрах радиусов )! й„ происходит рост паровых пузырьков за счет подвода к ппм теплоты. Подвод 293 теплоты осуществляется путем теплопровидности нз окружающего пузырек перегретого слоя жидкости через ь>ежфазпук> поверхность Е,„и через поверхность под пузырько» Е„ в основании. Теплота, подведенная к пузырьлу, идет на испарение жидкоств и работу рашпнрения. Скорость роста пузырьков зависит ог интенсивности подвода теплоты обеими составляющих>и теплового потока. В качесше параметра. определяющего интенсивность теплообмена при кипеаии, может быть использовано ч и с л о Якоб а. Число Якоба получается при приведении системы днфференниальных сравнений и условий однозначности, описывающих теплообмен при кппеяни жндкостр, к безразмерному виду.
Длн указанной сипел>ы получено уравнение подобия (13-8). Последний безразмерный комплекс, входящий в праву>о часть зтаго > равнения, является числом Якоба; За= г ы > ы Число Якоба характеризуе~ соотношение между тшшовы» потоком, идущим па перегрев единицы объема жидкости, и объемной ~еплотой парообразонания.
Оно зависит от давления и перегрева жздкощи. С повышением давления число Якоба уменыпается, так как существенно увеличивается плотность пара. Наоборот, с понижением давления зто число увез>щиваегся. С увеличением перегрева жидкости число Якоба растет. В зависнмостн ат различных условий составляются соответствую>цие уравнения тепловоп> баланса па границе парового пузыря, из которых находятся аналитические зависнятостн для определения радиуса пузыря в период его рос~а па центре парообразоваиия. 11ри давленяях выше атмосферного (число Якоба(20) рост парового пузырька происходит за счет ~сипоты, переданае»ой от поверхности нагрева к его основанию через прилегающий слой жидкости. Изменение радиуса парового пузырька во времени определяется зависимостью (Л.
99, 126) Зт =-)> 2)За "з/оч, (! 3-б') где т — время пребывания пузырьков ва поверхности теплообмена; а— козффициснт температуропроводностн .кидной фазы. Второй предельный случай имеет место прн низких давлениях (число Якоба За~20). Тейлоть к паровому пузырьку передается от перегршого слоя всидкостн на межфазной паверхносю>. и радпус парового пузырька тогда определяется соотношением З! — 2ТЗа )' ач. 113-бн) В общем случае рост паровых пузырьков происходит как за счет теплоты, передаваемой от поверхносп> нагрева в основа>ше пузырька, так и зз счет теплоты перегретого слоя жидкости на ь>евсфазной поверхности.
Тогда изменение радиуса парового пузырька ва времени аырюкается уравнением (Л. 21Ц )1= — (ТЗа+)' Т'За'+2)За))> ач. (13-6) Параметры у и б зависят ат геометрических факторов. Цлн краевых углов смачизания О 40 —:90' величина Т=О,! —:0,49. Эксперимет>- тальоо ущановлено значение б =О. Зависимость (13-б) получена для данления (О,! †: !00)10' Пз (числа За=1000 —:О,!). Из приведенных зависимостей следует, что паровые пузырьки увеличиваются с ростам числа Якоба. Однако при низких давлепинх влияние числа Якоба существенно больше, чем при высоких. Это говорит о том, что скорость роста пузырей при низких давлениях выше, чем при высоиих. С увеличением перегрева жидкости скорость роста пузырьков повышается а обоих случаях.
Д. Отрывной диаметр пузырьки Паровой пузырек, зародившись на стенке, растет до некоторого размера, характеризуемого диаметром бь при котором ан отрывается. Раанер пузыря в завершающей стадии его роста па поверхности тепло- обмена называется отрывным диаметром. В период возникновения и роста на пузырек действуют главным образом силы, удерживагощие его в центре парообразования. С возрастанием размера пузырька увеличивается подъемная сила, стремящаяся оторвать пузырек от центра. Из равновесия сил можно получить аналитические выраткения для отрывного диаметра пузырька. В общем случае к силам, оказывающим влияние на паровой пузырек, относят подъемные силы, силы поверьноспюго натяжения, инерциопаые силы н силы лобового сопротивления.
Последние дае силы относит к гидродииамическии силам, так как онн возникаип нри движении массы жидкоши, обусловленном ростом пузырька (Л. 35, 73, 166). В статических условиях отрывной диаметр парового пузыря определяется из условий мелвин геского раваоиесня между подъемной силоуч стремящейся оторван паровой пузырек от поверхности, и силой поверхностного натяжения, удерживающей его иа твердой поверхности. На рнс.
13-3 показана упрощенная схема роста. В действительна. сти, если даже не учитывать динамического аффекта, следует иметь в виду, что по мере увеличения пузырька форыа его будет всг более отклоняться от первоначальной сферической. Зто объясняется нозрастающей ролью сил полей тяжести, сгремящнхся как бы вытянуть пузырек в направлении от поверхности. В момент отрыва пузырек обычно существенно деформирован. фритц (Л.
213а) теоретически рассчитал объемы пузырьков перед отрывом в статических условиях для разных значений красных углов. Результаты вычислений могут быть иитерполироваиы простой фюрмутюй. Если понимать под отрывным диаметрам г(, зквивалегпный диаметр кгб*ге)п, где (з †объ деформированного пузырька перед отрывом, то формула имеет вид: г(,=-6,626661 о/д(6' — я ) (13-7) фграевой угол 6 измеряезся в угловых градусах).
Как слелует из (13-7), великана отрывного лиаметра прп кипы~ни зависит от краевого угла смачивапия 6. С увеличением краевого угла емачиваемость поверхности жидкости ухудшается, паровой пузырек при отрыве имеез большие размеры. Когда краевой угол 6 становится болыпе и(2 (жидкость ие смачивает поверкность), резко увеличивается доля поверхности нагрева, зкршпгроианиаи основаниями растущих пузырьков. Жидкость как бы оттесаяется от поверхности, и интенсивность теплоогдачи уменьшается.
К жидкостям несмачившощим относится ртуть, краевой угол смачивании для которой 6= 140'. Криогенные жидкости (водород, кислород, 300. 'азот) характеризуются очень малыми значениями О. Счедует отметить, что обычна применяемые в энергетике тепланосители смачивают <иеталлические поверхности. При вынужденном движении кипящей жидкости па условия отрыва па!юных пузырьков дополнительное влияние оказывает динамичесю<й напор потока. Вследствие гяпродинаиического воздействия потока яа пузырек отрывной диаметр становится меньше, чем Н< по зависиь<асти (!3-7), и определяется толщиной пристенного слоя кипя<дей жидкости. Толщина слоя изменяется в зависимости от <псла )(е потока и интеп- -' чА.— сивности процесса парообразования. От этих факторов будет зависеть также н д<.
С увечнчениеи Ве толщина пристенного слоя жидкости н,с, <эз. упрощем<аз уменьшается, уменьшается также значение <(ь стена раста пазового После отрыва паровой пузырек движется ганза. через слой жидкости. Теплоотдача между пере- ь- э и злы <и чн ° ью эь гретой жидкостью и поверхностью пузырька отлн*<ашся большой интенсивностью. Так, коэффициенты теллоотдачи от воды к пару достигают примерно 200000 Вт/(мз К).
За счет этого пузырек при всплывании значительно уваличивается в размерах. Е. 3озноилогть теплового потока от температурного напора (кризал кипения) Вы<пе были рассмотрены условия возникновении и развития паровой фазы » нагреваемай поверхности, которые одновременно опрепеляют интенсивность теплообмепа этой поверхности с кипящей жидкостью. При кипении происходит беспорядочная турбулизация парожндкостаой смеси вблизи поверхности нагрева растущими и периодически отрывающимвся пузырьками нара. Кроме того, интенсивность теплообмена связана с термическим сопротивлением весьма тонкой жидкостной прослойкой (пленки), остающейся вследствие сиачнвания непосредственно на самой поверхности нагрева под областью паровых пузырей и через которую теплота передается ау<си теплопроводности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
