В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Одним иэ важных направлений в теории теплообмена при кипении жидкости является нахождение количествеяных связей между характеристиками микрокицения (размеры, характерные скорости движения пузырей; частота отрыва. число центров и др.) н интегральными характеристиками (р, и], необходимыми для технических расчетов. Может быть использован подход, в котором коэффициент тепло- отдачи вырижается через величины, определяющие теплоаую про. водимость жидкой прослойки под паровыми пузырями (Л.
102, 126). Чаще всего количественная связь между коэффициентом теплоотдачи и .366 факторами, от которых ои зависит, устанавливается экспериментальным путем с нсполыюванием теория подобия Анализ условий подобии [Л. Щ оснонывается на следуняцих исходных положениях. Рассматривается однокомпонеитиая смачивающая жидкост (6(я/2) при постоянных физических параметрах в условиях свободного движения. Прннымается, что тепловой поток от поверхности") нагрева восприинмаегся жидкой фазой и режем кипения — пузырьковый. Кипение происходит на гориэонтальаан плоской степке(рис.13-(б). Размеры поверхности нагрева велики по сравнению с размерами паровых пузырьков. Температурное поде в жидкой фазе определяется системой дифференциальных уравнений конвектавного теплообмена.
-ч)на включает уравнение энергии дг — +юйтад1=а 72, уравнение движения дв, 1 — + (юйгад) а = — — йгаб р+ч угм, уравнение оплошности б!ч ы-.й. Эта система уравнений дополняется: уравнением движения парового пу ем р я, характеризую- щим условие равновесия между подъемной силой и силой гидравличе- ского сопротивлеиияг (Яб) г(зг((р — р ) =с(я(4) гйймгэ(2, где б — текущее значение диаметра пузыря; о=ге — в — относитель- ная скорость подъема пузыря; с — коэффициент лобового сопротивления. Уравнением теплооб мена иа поверхности парового пузыря, характеризующим тепловой пото, подводямый к поверхности пузыря за счет теплопроводносги и затрачиваемый на испарение жидкости внутрь пузыря, что обусловливает рост его объема: -У ( — )=""=" ='(=)' адесь п — нормаль к внешней поверхности парового пузыря: Нà — эле- мент поверхности парового пузыря.
В реальных условиях на единице поверхности действуют а центров ларообразоваиия, причем з=)(бь )(.) . В услоянях оп иоз н ач ности принимаетсн, что температура жидкости иа свобоггной поверхвости равна 1; на поверхности на~рена залана постоянная температура 1,.
Анализ укаэанное системы дифференциальных уравнений и условий однозначности методамн теории подобии поэвоггяет получщь уравнение подобия: ((ВВ) Диаметр с(, согласно (13-7) прп О=.согж1 пропорционален капилляриой постоянной Ь= )l с/8 (р — р,), которая имеет размерность длины. Величина )1„, как это следует из уравнения (13-4), зависит от температурного напора 31=!с †.
Поэтому удобнее критерии в (13-8) несколько преобразовать, заменяя одновременно Нс на б. Обозначим: и. П гэщр рз д 1 ' 2З г р„! Гги 1,! а где Ь'„ гтаг г 1 1„= — 2* — — =сечу Т 1(гр )*=- 2 ((,ба. 2 г р„ Величина 1, является характерным линейным размером. Оиа имеет размерность длины и пропорппональна критическому радиусу Ттч, отношению энтатьпии перегрева жидкости к теплоте парообразования и отношению плотностей паровой и жидкой фаз. Тогда уравнение (13-8 )может быть записано в виде Р(ц 0 083Кз.ззКсгрг ь (13.9) Безразиерныг комплексы К, и Кч определяют соответственно числа действующих центров парообразования и частот) отрыва паровых пузырей в этих центрах. Теплоотдача ца погруженных поверхностях при развитом кипении ие зависит от формы и ориентации теплоотдающеи поверхности (если реализованы условия беспрепятственного отвода пузырьков пара).
Это означает, что ускорение поля тязкести не должно оказывать заметного влияиия на теплоотдачу. Если принять, что теплоотдача автомолельпа относительно величины ускорения снл поля тяжести, то последнее уравнение приобретает вид (Л. 98]: (13-10) Кци,.—.— Цце, Ргм). В этом уравнении приняты следующие обозначения; чl м,1„, Основныи термическим сопротивлением является поверхяостиая пленка жидкости под паровыми пузырями.
Толщина ее увеличивается с увеличеппсы т и уменьшается с ростом интенсивности парообразования. Число Ре. является мерой влияния этих эффектов. Коэффициент теплоотдачи при кипении насыщенной и иедогретой жидкости выражается следующим образом: ц=г1!(1, -3,). Уравнение подобия (!3-10) было положено в основу обобщения большого чнсла опытных данных при кипении различных жидкостей (включая жидкие металлы). В результате обобщения получена формула [Л. 98( Хп =-сйе" Ргиз.
(13-!1) Физические параметры, входящие в числа подобия, берутся при температуре насыщения. 310 Значения постоянных прп кипении немегаллнческих жидкостей составляют: при Кс.(0,01 с=0,0625; л=0,5; прн Ве 20,01 с=0,125; и=0,65. Зависимость справеллява в области значений величин Вс.=10-т —:~10ы; Рг .= — 0,86-:7,6; ш(7 ИТс для широкого диапазона давлений насыщении (ло околокритпческяк давлений). В случае кипения жидких металлов ке. -.;0,01; показатель степени при числе Прандтля раасн 0,65. В этн зависимости не вошло паросодержание, так как оно оказывает малое влияние на тсплоотпачу в области развитого кипения.
Приближенная автомодельность теплоотлачи относительно величияы К (нлв, что то н е самое, отрывного диаметра Кв) для развитого пузырькового кипения яоптвержлается рялом экспериментов, провеленных кая прп перегрузках, тзк н прн малых значениях ускорения полн тяжести, т, с, при условиях, приближающихся к условиям невесомости. Эти же соображения обьясняют и то, что закономерности раавнтого кипения з условиях свободного и вынужленного движения кипящей жидкости являются практически одинаковыми. Рнд внешних факторов (вибрация поверхности, наложение электрических полей и др.) оказывают влияние на теплоотпач» лишь при малых плотностях теплового потока. Ио с увсвиченнеы д, ик влияние постепенно вырожлается (Л. 102).
Для определенного рода жидкости коэффициент теплоотпачи при развитом кипении зависит лишь от тепловой нагрузки н давления насытцення. Поэтому для практических расчетов удобно применять эмпирические размерные завпсиыости. Эти зависимости устанавливаются либо непосредственно из анализа опытвых данных, либо на основе обобщенных критериальных формул. Для воды в лиапазоие давлений примерно от 1 до 40 бар (р(р„ь=-0,18, рис. 13-6) получены аависимости (Л.
124, !57] а=3,04зтрьть! В=Щ75Рлзрзт (13-12) (!3-!3) в которые д и р следует подставлять соответственно в ваттзх па квад- ратный метр и з барах. Тэ-з. СТРУКТУРА ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА И ТЕПИООВМЕН ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ ВНУТРИ ТРЗВ А. Вергикпвьяал труба Труба или канал прелставлнет собой ограниченную систему, в кото!той при движении кипящей жидкости п!юисходят непрерывное увеличение паровой и уменьшение жидкой фаз. Соответственно этому изменяется и гидроцинамнчесьая структура потока кзк по длине, так и по поперечному сечению трубы, а следовательно, нзмеяяется я тепло- отдача. Наблюдаотся три основные области с разной структурой потока жидкости по длине вертикальной трубы при движении потока снизу 311 вверх (рис !3-!2): à — область подогрева (экономайзерн ы участок, до сечения трубы, где Т,=Т„); П вЂ” область кипения (испарнтелькыи участок, от сечения, где Т,=Т„, ь (!м до сечелия, где Т;> ь, ь, н(,): Г!à — область подсыхання влажного пара.
И оп ар ягель ный участок включает в себя области с поверхностным кипением и объемным кипением насыщенной жидкости. Участок трубы с объемным кипением насыщенной жидкодг ~ з ~ сти включает в себя области эм>льсионпого 3, пробкового з н стержневого 3 режимов те чек и я '. В эмульсиониом режиме двухфазный ноток состоит иа жидкости и равномерно распределенных я ней мелких пузырьков.
С дальнейшим увеличением паросодержаиня некоторые из ннх сливаются, образуя крупные пузыри-пробки, соизмеримые с диаметром трубы. При пробковом режиме пар дяижется з в виде отдельных кр>нных пузырей-пробок, разделенных прослойками парожидкостиой эмульсии; с увеличением паросодержання происходит слияние уже крупных пузырей и образование так называемой стержневой структуры потока, при которой в ядре потока сплошной массой движется влажный пар, а у стенки трубы — тонкий кольцевой слой жидкости. Толщина этпго слоя постепенно уменьшается по мере раь !3-!д Птэтте испарения! после полного испарения жидкости ета тура пагакз прк глвшз „областьпеРгходит вобластьподсыханна б. Область внутри евтк«зхь. подсыхания (дисперсный режим) иаблюзой трубы.
дается лишь в длинных трубах. — г - Увеличение скоростя циркуляции (см. й 12-3) при заданных фь длннетрубы нтемпературе навходе приводит к уменьшению участка с развнтыы кипением н увеличениго длины экономайзерного участка; с увеличением гГ,, прн заданной скорости, наоборот, длина участка с развитым кипением увелнчинаетсн, а длина экономайзерного участка уменьшается. эд(„" 3 ,зч; -ь Б. Горнзонтпзьные и наклонные грубы ' Г!ослелккв зззнвзз:т ев,е «олывзь ремня м с ззз с брзз взикем ьз стенке тр>ян скок мкакмчч 312 Прп двшкенин днухфазного потока внутри труб, расположенных горизонтально нлв с небольшим наклоном, кроме изменения структуры потока по длине, имеет лгесто значительное гзмененне структ>ры по периметру трубы. Так, если скорость цнркуляции и содержание пара в потоке невелики, наблгодается расслоение двухфазногопотока нажидную фазу, двужущуюсл н нижней части трубы, н паровую, движущуюся в нерхней части ее (рис.
!3-!З,а). При дальнейшем увеличеннн паросодсрькання н скорости пнркуляции поверхность раздела между паровой и лсндкой фазамн приобретает волновой характер и жидкость гребнями волн периодически смачивает верхнюю часть трубы. С дальнейшим увеличением солержання пара и схорости волновое движение на границе раздела фаз усиливается, что приводит к частичному выбрасыванию жидкости в паровую область. В результате дв>хфазный поток приобре- тает характер течения, сначала близкий к пробковому, а потом— к кольцевому.. При кольцевом режиме па всему периметру трубы устанавливается движение тонкого слоя жидкостк, в ядре потока перемещается парожидкостнан смесь (рис. 13-13,6).
Однако и в этом случае полной осевой симметрии з структуре потока не наблюдается. Рассмотрим характернсгнки двухфазного потока в трубах н каналах. Общий массовый расход смеси жидкости и пара 6 я, кг/с, равен: 6, =6 +6 р.=6 /р; р„= и . Сумма их нааывается объемным расходом смеси: !'»ы=)г +!г . В отличие от массового расхода объемый расход смеси в общем случае переменеи по длине трубы и может изменяться от значения Рь =6, /р, если на входе движется только жидкость, до величины ]гон=6 /р,ч если на вьгходе течет один пар.
Прн полном испарении жидкости объемный расход увеличивается и ры/рк раз. Скорости хтидкостн на входе (к/-0) соответствует скорость циркуляции (12-28). При полном испарении Жидкости скорость ыб пара иа выходе также н ры/р» раэ выше скорости цирьулядии. При няз«их давлениях, когда ры)р», увеличение скорости значительно Поэтому Ю при кипении жидкости зиутрн труб и каналов происходит. значительное ускорение потока по мере узеличепня содержания пара. Объемное расходное паросодержание равно отношению объемного расхода пара к объемному расхолу смеси: !' 1', 1т +1' Величины л и р свяэниы соотношением к — =о /р„— —, ! — к '- ! — р Рис. !З-13. Структура патока»рк «коек»к ыкккостк»»утри гора»акт»кьооя трубы. — рыоы К р к б— оек!'го:г — » (13-15] 313 и является постоянной велиюп!ой, одинаковой в любом сечении канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
