В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Роонооггнол лгогноггь теплового потока !1ри кипении насыщенной жидкости в большом обьеме на позер;ности горизонтальных труб в условиях электраобогрева суилествует средняя по поверхности нагрева тепловая нагрузка, при которой могут устойчиво сосуществовать пленочный режим кипения на Одной части поверхности а пуаырьковый на другой ее части Эта теплоаая нагрузка названа (Л. 148) равновесной (др ь). Если после установления равновесной пагруаки несколько увеличить поток теплоты, то граница раадела рожимов кипения начнет перемещаться в сторону области с пленочным юлпеапем.
Через некоторое время на всей поверхности устанавливается пленочный режим кипения. При некотором снижении патока теплоты по сравнению с его равновесным аначением проиаойдет сбратилый процесс н па всей поверхности установится пузырьковый режим кипенна. Величины равновесной нагрузки составляют првмерно ')л первой кРзтлгчеыюй, так что й,рл>4,,>дьрг. Значение Равновесных потоков теплоты прелстазляет интерес для апалиаа устойчивости режимоа кипения.
Г. Кризисы 1-го и 2-го рода Крнавсы шшешря, свнаанпые с реакнлг изменением теплоотдачи при переходе нузырькового кипения в пленочное и наоборот в пленочного в пузырьковое (рис.!34). нааывшотся кризис а пи пер ваго рода, Б этом случае при смене режимов кипеяия имеет место коренное изменение механизма теплообиена и его интенсивности.
Харащерллылли для ьрпаисае кипенна первого рода яеляготся критические плотности теплового потока. Кризисы второго р ада пмеют другую природу. Они характсрпауют ухудшение теплоотдачи, поаиикаюп!ее в момент высыхания кольцевой нлеаки жидкости на стенке канала в стержненам режплгс (рвс. 13-!4). Характерной величиной для этих кризисов является граничное расходное ааросодержание. Гр а аичпым и а рос адерлк а н не ы ьазывается расходное пзросадержапиц при котором возникает кризис еплообмева второго рода. Крнзвс второго рода может вознпкчуть при любом значении нак талька расходное паросодержапне достигнет некоторого граничного 327 значения, связанного с явлением высыхання жидкой пленки на стенке.
Прн больших скоростях лвнжения парожвдкостного потока в ядре предкризнсггмй период н наступление кризиса заююят от иптеясивностн массоабыева за счет механического уноса капель жидкости из пленки в ндра патака [Л. 39, 72, 129). Глава вегыряадяагая ТЕПЛО- И МАССООЕМЕН В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СРЕДАХ ы-ь основнын понятия и взломы В природе и технике многие процессы теплообмена сопровождаютсн переносон массы одного,компонента относительно массы другого'. Так, например, обстоит дело прн конденсации пара нз парогазовой смеси и испарения укидкости в парогазовый поток. Испарившаяся жидкость путем днффуанн распространяется в парагазовом потоке; прн агом меняется течеаие, изменяется интЕнсивность теплоотдачи, что в свою очередь сказываетсн на прогтессе диффузии. Днффуапей называгот самопроизвольный процесс, стремящийся к установлению внутри фаз равновесного расдределеиин концентраций. В олнараднай по температурам н давлениям смеси процесс диффузии направлен к выравниванию концентраций н системе; при атом происходит перенос вашества из обтастя с большей в область с меныней концентрацией.
В дальнейшем прежде всего будут рассматриваться процессы теплон массаобмена в газообразных двухкомпонентных (бинарных) оредеж Этн задачи имеют болыпой практический интерес. Индексы Ш» в «2» будут соответствовать первому п второму компонентам. Аналогично теплообмепу диффузия (массообмеи) мотает происходить как молекулярным (микроскопическим), так и малярным (макраскопичеслим) путем. В газах молекулярная диффузия осуществляетси за счет теплового движении молекул.
Двффузия характеризуется потоком массы компонента, т. е. количеатвам веп!ества, проходящим в единицу времени через данную поверхность в направлении нормалв к ней. Патауг массы обозначим через У; его единица измерения — килограмм в секунду. Плотностью потока массы 1 называют поток массы, проходящей через единИцу поверхности: (14-1) Отсюда нлн прн )=сопз1 ' Сагзвсяа К. Гиббсу хаыаанвншыя называют ввювагвя, наименьшее число ватарых даст«тачая для абрввавзнвя всех фвв, т. е. гаыагеязых чвсгвй дазнай се«тены. Наприпер, в сь"ыые, саставгаей яз свая воды и сапряввсвюшвяся с няы смеси зад«нага пврв я азота, ььюювая двв хаыааяентв: вода (задавай авр) я азат. Будем аавзгвтьь чта гюыаанваты не вступают друг с другая ь хенн«в«хне рввхааа.
Плотность гютока масси янлястся эектором. В однородной по чемпературе н данлению чакроскопичесюз неподапжной дпухкозшопентной смеси олотность потока массы одного из компонентов за счет молекулярной диффузии определяется э акоп ем Фика: (1 4-2) („,= — рО д ды, д (!4-о) ! Ойьйы 1"нз М дл ' дд, (14.4) где рт — местное парциальное давление данного коьшонента, Пь; ив направление нормали н поаерхности одинаковых парцпальных дзнлений данного компонента; Ор, ††О(НТ вЂ” коэффициент молекулярной диффузиа (единица нзмерения — с), отнесенный к градиенту парцпального даалення рассматриваемого компонента.
В отличие от Р коэффициент О„ различен для компонеигов данной бинарной спеси. Исходя иа раеенстпа О=Р К Г=О Дт, ' В обмен ыччне зз«он Фн н омен быть записан через трапе т .нчнчееного потеноно пн [л. 281. 329 здесь рт — местная концентрации данного вещестиа (компонента), раааая отношению массы компонента к обьему смеси, кг/мз; гп,=р,/р— относительная массовая концентрация з-го коппопента; р — плотность смеси; О в коэффициент молекулярной диффуапн одного коипочгнта отяосительно другого, мз(с (обычпо О кратко нааывают каэффнпнентом диффузии); и†напранлеиие нормали к поверхности одннакозой конпептрацпн данного вещества; дрт(дп, дю,/дл †-грапзгзты «апцентрапни (относительной концентрации); они всегда направлены в сторону яозрастания концентрации. Градиент концентрации является даюкущей силой, обусловливающей перенос вещества.
Ирд передаче тепла теплопроаодаостью такой движущей силой являеттм градиент температур '. йнак минус е уравнении (14-3) указывает, что согласно закону Фина переьзешыьтзе вещества происходит е сюрону уменьшения градиента концентрации. Дпффуаию, описываемую ааконои Фикм нааывают кондентр аппо пи ой диффуз и ей. Как следует из кинетической теории гааоз, коэффициент диффузии аозрасгает с увеличением температуры и уменьшается с ростом давления.
Коэффгзщгинт днффуани пы:колько зависит п от пропорций сыеси; эта зависимость слаба, если коицентрадия рассматриваемого иомпо. пента мала; в технических расчетах этой зависимостью большей частью гренебрегают. В случае определенной бпнарной смеси коэффициент лнффуапп будет одинаковым как для парного, так и для второго взаимно диффунлпруюших компонентов. Кояцентрация имеет размерность плотности. Воспользовавшись уравнением госгонпдя идеального гааа, фориулу (14-1) можно написать в следующеы виде: можно написать р(,(др *+ т р + ур)' (14 5) здесь 1),=й,Π— коэффициент теРмодиффУзин, мз(с; (Уа=йэΠ— коэффициент бародиффуаии, ьгз(сп р — давление смеси.
Первый член суммы в урзвяенни (14-5) учитывает концентрационную диффузию, второй — термодиффузию н третий — бзродиффуаию. Составляющие потока массы нормолыз. к соответсгвуюпш;а нм наопотенцяальпым поверхностям. т. е, поверхностям равных конпентра- 330 где М вЂ” молекулярная масса. Если температура смеси переменив, то возникает так называемая з ерническая диффузия (эффект Соре). Из кинетической теории газов [Л. !95) слелует, что если массы молекул двух компонентов различны, то за счет термоднффузии более тяжелые молекулы большей частью стремятся перейти в холодяые области; если же массы молекул олинаковы, то в холодные области стремятся перейти более крупные молегсулы.
При определенных условиях направление терьгоднффуаии может изменяться. Например, в ионизираванном газе более тяжелые молекулы (или ионы) будут стремиться перейти в более теплые области. Термодиффузггя приволит к образованию гоаднента концентрации. Этому препятствует процесс коноснтрацнонпой диффуанн, стремящейся выровнять состав. В результате с течением нременн может установиться стационарное состояние, при котором уравновесятся противоположные влияния термодиффузии и концентрационной диффувии.
Следствием чолекулярного диффуанпнного переноса тепла является так называемый днффувиониый термоэффект (эффект Дюфо), представляюпсий собой вочпиюювепне разности температур н результате Лнффузиопного перемещения двух газов. лграокачальйо илгевгппх одинаковую гелледотдру.
Диффузионный термоэффект — явленгге, обратное термодиффуацв. Прн стационарном диффузионном смешении, например, водорода и азота воапикает равность температур порялка несколькик градусов. Возныкагоший прн диффуаиовиом термозффекге градиент температ)ры имеет такое направление, что термодиффузпя, которая являетсн его реэультатоя, противоположна диффузии, благодаря которой появился этот градиент.
Если в слгаси имеет место градиент полного давления, то метнет возникнуть диффузия ва счет неоднородности давления. Этот вид дифцзявн яазывают 6 ароди ффуаи ей. При бародиффуанн тяжелые молекулы стремятся перейтн в область повышенного, а легкие — в область ьовнжеппого давлеяня. Как и термодиффузия, бародиффузия сопровождается и обычным переносом массы, вызванным разностью кояцентрацин. Диффузия от неоднородности давления происходит, например, ь газе, нращаюшемся вокруг оса; з эюм случае тягкелые моленулы с ремятся перейти в области, наиболее улаленпые от центра. С учетом концентрационной диффузии, термоднффувии и бародифф)аии плотность потока массы (-го компонента аа счет молекулярного переноса описывается следующим уравнением: р,р, ы„†.н, М где Мь Мь М вЂ” молекулярные массы первого и второго кгшшонептон и меси.
Баролиффузия должна проявляться прп значительных перепадах павлепия, что п процессах теплообмена встречается редко. При раневстне молекулярных масс М, и Ме бародиффузня отсутствует. Как гледует ня термодинамики необратимых процессов, бародиффувни латжен сапу>отзевать и соотнетствующай термоэффект, предстанлкюшгг>1 собой возникновение разности температур. Так>ге> абрааом, суммарный перенос чассы какого-.тибо компонента путем молекулярной днффувии является следстввем концентрационной дпффуаип. термической лпффузии п барадпффузив'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
