В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Так, теплоподвод к внешней понерхноьти экранных труб, расположенных о топко котслыюго агрегата, определяется в основном за с гет излучения нз топочного просгравства. Падаюпгий лучистый потоь практически не зависит от температуры поверхности труб, попа она существенно ниже температуры раскаленных продуктов сгорания е топке. Лналогич.
ное положение ииеет место в каналах ракетных двигателей, внутри тепловыделяющих элементов (твэлов) активной зоны атомного реактора, где происходит непрерывное выделение тепла всчсдствие ядерной реакции. Поэтому тепловой поток на поверхноспг твэлов также является заданным. Ов является заданныы н в случае аыделеиия теплоты ири протекании через тело электрического тока.
Переход от пузырькового к пленочному режиму кипения носит черты кризисного явления, так как в момевт смены режимов кипения наблюдаются внезапное резкое снижение интенсивности теплоотдачи и соцгвьтствуюгцее увеличение теипературы теплоотдаюцгей поверхности (рис. !3-4). Повышение температуры поверхности в ряде случаев так велико, что кризис кипения сопровождается разрушением (расплавлением или перюкогом) поверхности теплообмена. После д „„ даже при малом увеличении тепловой нагрузки слой паровых п)зыреий превращается в сплошную паровую пленку, которая оттесняет жидкость от поверхности теплообмена.
В реэ)аетате этого происходит коренное изменение механизма теплообмена, т. е. возникает кризис. Обычно кризис кипенна паст) пает раныпе, чем температура поверхности приблизится к температуре предельного перегрева жидкости ', прв которой могут возникать зародыши паровой фазы споитэн.юго происхождения. Это объясняется тем, что прп наличии готовых центров парообразовавия имеет место нарушеггие фазового массообмена н соответственно нарушение устойчивости режима пуаырьковаго кипения. Однако с повышением давления фазовый массообмен у стенки улучшашся, гак как увеличнваегся плотность пара, уыеньшается отрывной ' тем чраттрэ пере рева ииикасги чирчкчэиетск ермаимммихеским «рэкгээ четичыеикымго сосгаиииз, эзиисиеГегч р даз еэи 322 диаметр и, следовательно„уменьшается объемная интенсивность парообразования.
Прн нехватке готовых центров пузырьковое кипение сохраняется до теэ пор, пока не появятся зародьппи спонтанного про. исхождения. Поэтому с увеличением давления тевгпература поверхности, при которой возникает кризис кипения, постепенно приближается к температуре предельного перегрева. На рис. 13-22 приведены линии предельного перегрева ! н насыщения 2 прн разных давлениях Р!р о= =0 5 †: ! прв кипении двуокиси !тлерода [Л. 150!. Точками показаны опытные эиачення температуры поверхности, при которых возникаег кризис кипения. Этн теэшературы првктичегкн соепадшот с температурамвпре- э Х я дельного перегрева жидкости.
хр Манспмальнуэа тепловую нагрузку о при пузырьковом кипении аазыв а!от п е р- о о вой критической плотностью теплового потока н обозначают Ч оь гр Для условий кшгення насыщенной жидкости в большом объеме прн свободной копне«ции значения критических ш од хр хн нагрузок зависат от Рода кнпащей жпд- р.тп-э по кости. давления, состояния поверхности, условий ее смахивания, наличия в жпд-' Р . ИШ о"ж '"ь ч х нош птрвреэ жидкости от эоокости примесей н поверхностно-актие- оемм ных добавок. Если размеры поверхности нагрева „„ оой „"„',„'„,' ," т "', „ больше размеров отдельных пузырьков ,о„ пара. то фоРма н Раз~ер теплоотдающей поверхности оказывают малое влияние на значения критических тепловых нагрузок.
Практически не оказывает ганже влияния величина уско. рения ноля массовых снл. Температурный напор в момент достижения критической тепловой нагрузки (т. е. напор, соответствующий точке манснмума на кривой кипения, показанной на рпс. 13-4) называютт критическим температурны и н а вором й!ш Коэффициент теплоотдачн в момент начала кризиса кипения равен: порт=роз!!М и. Н табл. !3-1 привелены характерныс значения критических тепловых потоков и температурных напоров для воды и ряда криогенных жидкостей прн атмосферном давлении. Влияние давления на величины В и, Л!тм н п,о, для вады, кипящей в большом объеме в условвях свободной конвешгии !Л.
1241, показано на рис. !3-23. Наибольшие значения критвческий тепловой поток ив!ест т з езнкз гз"! Кр жт ж о тола!но коньки и и нотр рротм о оорн !перона к!азот ж еэмн! Хою ' з т э ч,.!о-, вт,н* эт„т,„д !же~!во(нюхаю 323 при давлениях примерно бр †бар. Зто составляет около (0,3 —:04]рьа. Лиалогичная картина наблюдается н для других жидкостей. В основу определения первой критической плотности тепгового потока нладется гидродннамическая теория криансов, предложенная С. С. Кутателадэе (Л. 89).
В ней используется представление о кризисе юспення как о процессе. «арактернзующемся чс~сто гидродинамической приро«!... ' . ' ° дой. Кризис вызывается поРм,' 4 " терей динамеческой устойатаас . ' 1 чивости двухфазного потока вследствие того, что пар ! ' отбрасывает жидкость от верхносгн теплообмена. Условия устойчивости Г 1 ! )! „ граничного двухфазного по— тока определяются взанмоа„ действием кинетической энергии пара, гравитационных сил в двухфазном потоке и сил поверхностного натяжения. Порядок величин динамического напора пара определяется произведеинеи ю'„а,рм порядок гравитационных сил †(р — Р ). где б— средняя толщина возникающего парового слоя, которая связана с поверхностным натяжением через капиллярную постоянную, так как принимается Эг аа с Ю щ аа а |а Р4' га эс а са а а "е- с гг э ас алг г а а ам га юга ма,гю а ю (аи Рас 1З-ЗЭ.
Зсэясамаею а „, Лг т, и„от лассе яея мра «ааеннн аахм е аосиэом еаьеме е тсае веах сэеаошеа кааэекчян. 4=! е/дф — Р ). Возникновение кризиса равмовероятно в люболс месте поверхности теплообмсна н, следовательно, — ам — М~ жйЬ вЂ” = — СОПЭ1. а' й — щ) После введения капиллярной постоянной и йзвлеченяя квадратного корня последняя зависимость принимает вид: мю. 1Р )га (Р— Р.) Используя связь между приведенной скоростью парообразовавня и плотностью теплоного потока ю,э,„— — Р„а/Р г, полУчим следУюшее Расчетное уранмение для первой критической плотности потока тепла. Рмь — Р Р ) йч(Р Р ). (! 3-24) здесь Р„а, измеряется в Вт/м'.
Формула (13-24) описывает опытные данные по критическим тепловым потокам для неметаллнческих теплоносителей в усаоввях большого объема при свободной конвекцни жидкости с малой вязкостью. В областях глубокого вакуума н околокрнтичсского давления р„ г, о стремятся к нулю н д„эс †с (рис. !3-23). Значения постоянной 2=0,13 †: О,!б. Величина й называется критерием устойчивости. Он харащернзует меру отношения энергии динамического потока пара 324 . я знергйи, необхалимой для ускорения частиц жидкости, отбрасываемых от станин, до скорости основного патака.
В условиях двухфазного потока при вынужденной конвенции егю величина зависит от скорости [йй 88). Повышение величины д. ь Вт)м», вызванное недагре»юм жидкости, может бьггь вайпена из зксперимевтвльной зависимости [22 88): д „.=д ~1+0085[' — ')" — — ''1"~, ()З25) справедливой для р= (1ю20) 1О» Па; свйув(г(0,8; рм/(в=45»Р1650; йу =-Уи — 1 — недогрев укндкости до температуры насыщения.
ивв /гве 1 д Ув 5Л и, е гв м ь Р г бд ."(д -дд -д,д — ди — дх д лс ци 1 15 5 и 5 Рве 1зиж Зависимость и, ат пврвме р» к врв «зпеввв вазы в труба (р 1,67.1аг пв). 1 — и гаь г-в -вщ з-р гвм в — в -гаь: »- в' зив Лв ° Ь Рве. 13-Зи. Зава»ива» ь 1 и в 'Ьм ат м прв течение в труба в»авреивевога спарт». деру ела»1 ггмтду При кипении жидкости в условиях вывужденнога движения внутри труб и каналов критичесиий тепловой потах, кроме факторов, приведенных више, зав Кит от схаРаети ЦИРКУЛЯЦИИ И ПаРОСО- Шва»» 1 1 „» лержанив. Прн увеличении г, ' ' ':" мт скорости циркуляции жидко- , уиим сти кРитнческий потов Увели- бр(Л чивается (рис.
13-24). 14а рис. 13-25 похавано влияние и — 455 параметра х иа дзм при раз- [- — — ., » личных скоростях жидкости 5 .р —— ва входе в трубу. Из графвка, ' г двм следует, что критический топ-, ) лавой поток уиеньшаегся с ростам х при положительных ш»ачепвях зтога параметра. д жт»51 мудр двв» ста параметра х в положи в ба»»ма»» объеме в лну~ри труд а зввз»зав тельнон области его вначений 1 »рвветр в-а].
УнааЫЕавт На ВЛИИННЕ ПаРО- С В. а и : ь -1. Х В,В ж образования. Увеличение д.р, по мере роста абгллютных величин параметра х в отрицательной области его аначений отраи»ает влиянве недогрева жидкости. Таким сюра'- зом, переход пузырькового кипения е пленочное возможен каи при 225 атр1щзтельных, так и положптьзьных впаченнах параметра к. Одины из пУгей поньш1еииа дк, ЯвлнетсЯ пеРеход на большие величины ее нелогрева Стществугот теоретические методы оценки максимально достижилгых значений (Л. 103).
На рнс. 13-йб приведено сопоставление критических нагрузок для условий кипения воды в большом объеме и ори движении внутри трубы. Здесь для вынужденного движения представлены данные, для которых параметр х=б в сечении криаиса. Из графика следует, что при кипении в трубах наибольшее значение бык отвечает более низким давлениям (около 40 бар), чем для условий большего объема. При давлеяиях, меньших 70 бар, скорость не оказывает влияния иа критические тепловые нагрузки.
В целом зависимость д,ее=((р,ш,х) являетси сложной. При относительно высоких давлениях п малых скоросгяк циркуляции д,га при кипении в трубах могут быть равны или даже меньше, чем прв кяпении в большоь1 объеме в условиях свободного движения. Критвческие тепловые потони не зависят от относительной длины тр>бы [Л. 138), если онз больше 8 — 00 диаметров.При меиьшвх аначениях дмк умевьшается с увеличением относительной длины, что обьясняется резким изменением ннтенсввности коввекгивного теплообмена е начальном )часгке трубы. Толщина и шероховатость стенки не оказывают влияния на б гг. Кроме тказанных факторов, на фы могут оказывать влияние пульсации двухфазного потока на предзключенном участке, неравномерность распределения теплового потока по клипе и периметру трубы, способ обогрева поверхности теплообмева.
Из изложенного следует, что на б,рг влияет большое количество раз.тцчпых факторов. К освавным из ивх относятся р,ш, а|м х, фнанческне свойства кипящей жидкости и состояние поверхности. Б. Впгрой кризис каления Когда тепловая нагрузка на поверхности нагрева аадана и не зависит от условий теплообмеиа, обратный переход от пленочного режиМа КИПЕНИЯ К ПУЗЫРЫ1ОВОМУ ПРОИСХОДит ПРИ тЕПЛОВОй НаГРУЗКЕ дк (рис. 13-8). Эпу) переход также носит кризисиыя характер: паровая пленка внезапно разрушается и температура поверхности скачкообразно снижается.Минимальная тепловая нагрузка прн пленочном режиме кипения нааываетси второй крвтической плотностью теплового потока в обозначается дшь Соответствующий температуряый напор, отвечагощпй точке минимума на кривой кипения, есть 0(,рь Значения дкю при кипении насыщенной жидкости в большом объече существенно ыеньп1е, чем б„ъь Вторые критические нагрузки таблице 13-2 1(р ее е гкекеем1е юзека и кек ера у1 ие к юры (аюреа крее е к лелея) К к як к,, 1,3 Ек ° 1С" .
Нггк" аг.ы К ' ЗРВ зависят ат ропа жидкости, размеров теплоотаодящей поверхности 1Л. 148)„ давления, ускорения поля сил тяготения, шероховатости поверхности и ряда иных факторов. Для воды при атмосферном давжниа значения ва поверхности гориаонт*льных труб и цилиндров составляют (2 †: 5)10' Вт(мй В зависимоств от диаметра й труб величина й„г пвменяетсн па аакону д,ча ь сжл.
Для других вшдкостей экспериментально измеренные значении 4 а в 01 а пряведапы в табл. !3-2. Критическая приведенная скорость пареобрачования юлю=4,р /р,г пропорциональна око(юсти всплываиия больших деформированных пузырей пара, откуда 4 /Р:=- Роьйту — У.)(У* где постоянная с=0,1! —:0,14. (! 3-2б) Ь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
