В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Влиякгш шероховатости и теалофивических свойств стенки При кипении обычных (высокотемпературных) жидкостей работоспособными центрами парообразования являются лишь те впадины и углубления на поверхности теплообмена, которые способны удерживать пар или газ. Крупные впадины лепта заполняются жидкостью и выключаются нз работы как активные центры парообразования. Позтому существует граница шереховатости, за пределами которой дальнейэпее загрублепие поверхности не приводит к изменению интенсивности теплоотдачи. В (Л. ог) установлено, что зто наблюдается при обработке поверхности теплообмена выше 6 — 7-го класса чистоты. Теплофизячетг — гэ Э)Ь воздействие также на механизм процесса парообразования.
Это воздействие выражается в искажении естественного угла смачнваиия О и срыве паровых пузырьков со стенки раньше, чем они достигнут величнньь отрывного диаметра, характерного для кипения при свободном движении. Прв малых скоросгнх циркуляции гидродииамическое воздействие на процесс кипения невелико н теплоотпача внутри труб определяется интенсивностью процессе парообразования, т. е. Значением д, (рис. 13-3). При большой скорости циркуляции ее влияние значительно, а влияние дг невелико.
С повышением скорости влияние дг непрерывно уменьшается и козффнцненттеплоотдачи постепенно приближается к значениям, имеющим место прн конвекции однофазной жидкости (т. с. бех кипение, когда е с юк"). скис свайсгва стенки оказывают влияние на интшюивность теплообмена. Теплофттзические свойства наиболее четко проявляются нрн кипении криогенных (низкотемпературных) жидкостей ввиду их сыашваемости (8 О) н воаможности исклзачення влияния краеяого угла смачиваннн, различного для различных жидкостей и различных материалов стенки.
Влияние свойсш материала проявляется через величину ко эфф кциепта аккумуляции теплоты стенки, равного(' агру),. С увеличением коэффнцнента аккумуляции ивтенсаиность теплообмена узеличиваегся. Однако количественный учет влияния поверхностных условий на ингенснвносгь гепаообисна остается пока нерешенной проблемой. ТЗ-Т. СТРУКТУРА ПОТОКА ПРИ ПУЗЫРЬКОИОМ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ В НЕОТРАНИЧЕННОМ ОКЬЕМЕ Струкзура даухфазяого потока зависит от геометрических свойспз системы.
Системы с неограниченным объемам представляют собой относвтезьиа батьшис емкости, аапалненные жидкостью, в которые пагружазпся различные поверхности в виде одиночных труб, трубных пучков и лр., обагреваемые изнутри. Пар, образующийся при кипении жидкости на их внешних поверхностях, беспрепятствеана отводится иа системы.
Рассмотрим систему, состоящую нз шзсуда, запалнепвага жидкостью, горизонтальная поверхность (дио) которого обогревается. На рис 13-10 дан график изменения температуры по высоте слоя жидко- сти. Перегрев жидкости у стенки Р Р имеет значительную величину. Вдали от поверхности жидкость также несколько перегрега. При развитом кипении ка поверхности действует эначнтель— — ьыуг-.. ное число неитрон парообразоваг„ю Г ния. Одновременный рост боль- Т„ г шаго числа пузырьков и их пе- л риоднческигг отрыв от поверхноРвс.
13-10. Образо заве, рсет и отрыв о - стн приводит и интенсивному розого \зоря ог окною аезтрз. перемешиванию н утОНчению нриг„. р — з.мзз ч зьч с . Стенного слоя жидкости. От пот. — з гм а — а '" нерхности отрываются пузырьки различных размеров. Скорость всплывания больших пузырьков больше, чем малых. Некоторые большие пузырьки при всплываншз дробятся на ряд более мелких. Мелкие пузырьки могут объединяться и образовывать большие пузыри. Объединение мелких пузырьков может происходить на поверхности нагрева еше до отрыва.
В итоге общая картина кипения приобретает сложный характер. Свободная поверхность жидкости испытывает интенсивные пульсации. В каждый момент времени внутри кипящей жидкости находатся определенное количество пара в виде всплываю1днх пузырьков. Вслелствие этого такая двухфазная смесь как бы набухает, чта проявляетгя в виде поднятия среднего положения свободной поверхности (зеркала испарения). Если в каждый момент времени внутри жидкости в форме вспзыаающих пузырьков находится масса М пара и если масса осталь- 306 нои жидкости М, то объем двухфазной смеси составляет 1',. = (ММр,) й л (М (Р, ).
Отношение объема паРа Мв>ди к сбъсмУ снеси называетсЯ обьемным паросолержаппем> .и /р Величина объемного паросодсржаннв при кипении зависит от формы и размеров-теплоотпаюпгей поверхности н сосуда, тепловой нагрузки, давления и рода кипишсй >кнлкост. В ряде случаев значения у> при кипении могут постигать величины 30о>(> и более.
Примерно на столько же увеличивается и высота кипящего двухфазного слоя. В этом отио>лении процесс аналогичен пропессу барбота>ка пара через слой >килкосп>. В малоиопввжвой жидкости скорость всплывания больших пузырьков пара (или газа] практически ие зависитотразмеров пузырька, если его харакгеримй размер больше капиллярной постоянной Р>о/3(Рм — Р,).
ФоРма таких пУзыРьков близка к сплюпгеппым (в направлении всплывания) сфероидам. Скорость всплывания обычно составляет несколько десятков сантиметров в секунду и опргвеляется формулой '=-1, 13)У и (р,, — р.~Ир',. т. е. зависи~ от полъемпой силы, поверхностного натяжения и плотности жидкое ги. Пузырьки малого диаметра г( (по сравнению с «апнллярной константой) при всплывавии иие>от сферическую форм>, и скорость движения их опредьлне>ся законом вязкого соиротввлсиия ы„ =гд(р„, — р,)Ф/Пхи где козффипиевт с зависитот наличия в жидкости поверхностло-аьтинных примесей н лежит в пределах от з/з дп г/ь Для сипемы, изображенной ва рис. 13-!О, общий ноток тепча, передаваемый ат поверхности нагрева в кипящую жидкость, >й=-г>Г, гпе г — площадь поверхности нагрева, равная в этом случае площади горизонтального сечения сосуда.
Все полнеденное тепло расходуется ва парообразоваипе. Поэтому скорость отвода пара от поверхности геплообмена можно определить ив уравнения теплового баланса: 0 и р„Е Эта скорость называется приведенной скоростью и а р о о бр а в о в а о и я (кипения). Внутри двухфазного слоя действительная скорость движения пара должна бып болыпе этой величины, так каь в среднем в каждом горвзоитальном сечении площадь, занимаемая паром, составляет лишь ЧР. Из уравнения неразрынности следует, что ю .=ю.(й. Это соотношение прибчнжениое, таи как при его выводе ие учитывался рост пузырьков ири всплыванин. При высоких лаваш>вил насышелия неточносп, связанная с этим, по-видимому, невелика, Дсйствителы>ая (ичи истинная) скорость ю„пара в двухфазном слое обычно оказывается больше скорости всплывания отлельных пузырьков в малоподвижной жидкости.
Эта связано с тем, что при развитом кипении жидкость над гюверхностью нагреив довольно интенсив- Ы' 307 - — --- г рейЪметеье ))() д Рве 13-11 Р с реаепевее температуР е иевагреюв жпакесгв. определить температуру стенки 1„а затем найпг д,, при котором начинается поверхностное кипение.
Тепловой поток, соответствующий началу кипения, увеличиваетгя с повышением недогрева жидкости (Л. !36]. иа движется вверх в виде отдельных струй или столбов, увлекаемая паровыми пузырьками. Нисходшцее движение. компенсйрующее это подъемное движение жидкости в центральной части сосуда, происходит около стенок, где количество пузырьков меньше и жидкость в среднем «тяжелее». Вследствие такой пиркуляпна основное количество пузырь- и ков всплывает в восходящелг потоке жидкости. Поэтому скорость их — — -)— е подъема относительно стенок сосу— — ) да оказывается большев, чем вы) численная по приведенным форму! лам для малоподвижной жидкости. Иную структуру имсег поток при кипении жвдкости, яедогретой 1 до теьшературы насыщения (рис.
13-1!). В этом случае двухфазное состояние наблюдается лишь впристенной обаасти. Поверхностное кипение начинаетгя при температурном напоре б! ем при котором тепловой поток может быть найден нз условий конвекцна однофавной жидкости. С другой стороны, тепловой поток д, может быть определен из условий кипения жидкости (см. ниже). Уравнение теплового баланса позволяет выразить вскомос значение температурного напора р Д( е=р — 1 е тз-з.
жплоотдача при пузырьковом кмпяннн жидкости в хсяОвмяд свОвОДНОУО данжкмня Процесс теплоотдаче при кипении .кндкости отличается весьма большой сложностью. В зависимости от конкретных внешних условий наблюдается большое многообрааие гндродипамических форм потока при кипении и чрезвычайная сложность отвечшощих им количественных закономерностей для тспчоотдачи. Поэтому строгой теории для процесса теллоотдачи при кипении жилкосги пока не существует. В приближенных теориях могут быть использованы различные подходы к процессу теплообмена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
