Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 24
Текст из файла (страница 24)
4-10 представлены значения В, при кипении воды в большом объеме на горизонтальной поверхности [32, 1!91 в диапазоне давлений (0,2 —:100) 10' Па. Качественно такие же зависимости были получены и для других жидкостей. Резкое увеличение В, при снижении давления ниже атмосферного объясняется возрастанием влияния силы инерции, препятствующей отрыву пу- в зырьков. для процесса пу- а ' — ' 'Д зырькового кипения представляет интерес также величина г ' -4 + — 1 — '+ — ~ о» '(-г— средней частоты отрыва пузырь- 1 ' .:.
ьь' ' )! . ~-,-г ков от поверхности нагрева (. Ц ы 1, В, и произведения В,~ при кипении ряда жидкостей на го- 'ф дг д»гг г г 4гвя гг мтпгя ризонтальной гюверхности при атмосферном давлении П 191. рис. 4-)0. изменение отрывных диа- При увеличении температур- метров паровых пузырьков О, в за. ноГО напора (или тепловоГО по- внсимости от давлении р при кипе- тока) постепенно начинает раз- нии воды на горизонтальных по- верхностих из серебра (!), меди (г), виваться процесс слияния бронзы (а) и пермаллон (4).
отдельных пузырьков с образованием больших вторичных пузырей и целых паровых «столбов». Около поверхности среднее объемное содержание пара возрастает до 60 — 80%. Однако, как показывают исследования, в очень тонком поверхностном слое у самой стенки по- прежнему преобладает жидкая фаза. Термическое сопротивление этого слоя в основном и определяет интенсивность теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении.
Эффективная толщина слоя по мере увеличения тепловой нагрузки снижается, что приводит к увеличснию интенсивности теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи а при кипении принято относить к температурному напору М = г,— г,: а= (4-7) На рис. 4-11 в виде примера показаны опытные данные для развитого пузырькового кипения воды в большом объеме при разных давлениях !15).
Результаты опытов обычно представляют либо в форме связи величин (г и И, как это показано на рис. 4-11, а, либо в виде зависимости а от д, которая приведена на рис. 4-11, б. 123 Таблица 42 Значения 1, Р, и Озг' для мнимостей 1 Нс О,1, ммы Р,, мм Жнхаость Вода Фреон-12 Четыреххлористый углерод Этиловый спирт . Бутнловый спирт Бензол 62 91 108 108 106 99 2,5 0,7 1,1 1,1 1,05 1,0 155 64 119 119 !11 99 т Это справедливо, если размеры поверхности существенно больше или по кРайней мере соизмеримы с размерами среднего отрывного диаметра пузырьиов. Экспериментальные данные показывают, что интенсивность тепло- отдачи растет при увеличении плотности теплового потока и давления.
Эта закономерность характерна для любых жидкостей, смачивающих поверхность нагрева. Пунктирные линии на рис. 4-11 определяют верхнюю границу существования пузырькового режима кипения воды. Соответствующие значения т)„р,-, а,р,. и М,р, в функции давления показаны на рис. 4-12. Исследования показывают, что закономерность теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении практически не зависит от размеров и формы теплоотдающей поверхности.' Вместе с тем опыты обнаруживают, что интенсивность теплообмена может меняться в зависимости от состояния, материала и чистоты поверхности нагрева. Влияние этих факторов на теплоотдачу проявляется, по-видимому, в основном за счет изменения плотности центров парообразования.
Улучшение теплоотдачи наблюдалось в ряде опытов при увеличении микрошероховатости металлической поверхности, а также при увеличении теплопроводности материала стенки. Имеются данные, показывающие, что выпадение на поверхность нагрева в незначительном количестве налетов и окислов также может способствовать некоторому увеличению теплоотдачи. Однако значительное загрязнение поверхности снижает интенсивность передачи теплоты за счет появления дополнительного термического сопротивления слоя загрязнений.
Экспериментально показано 15), что при увеличении краевого угла В (в области смачивания) тепло- обмен увеличивается. При очень чистых поверхностях и чистой жидкости отмечается снижение теплоотдачи [151. Обычно на практике перечисленные выше поверхностные эффекты проявляются одновременно.
Это затрудняет точное определение теплоотдачи. Опыты показывают, что из-за различия в поверхностных условиях величины сс при фиксированных д и р могут отклоняться от некоторого среднего для данной жидкости уровня примерно до 35% (рис. 4-13). Рт/6ггг'0/ 0 Р з ВР'мг 0 б 4 10з 10з 0 0 1Рв 0 4 ,400001 г 4 0010 00т 00 0 а) ф ггт(М Рис. 4-11.
Теплообмен при развитом пузырьновом кипении воды на поверхности горизонтальной серебряной трубы 11 = б мм. а -- завзсомасть г от г — г; б — вавасвмость м от д. с з' 100 Ра Ра 40 00 у 0 2 1 04 001 г 4 0010 20 40 00 100 000 ,ба 00 ~,Па Рис. 4-12. Изменение дврз, Рз1мрг в зависимости от давления при кипении воды и гзар При развитом кипении связь между а и д обычно может быть представлена в виде степенной зависимости с показателем степени около 2!3: а=сб)'.
(4-В) Соответственно зависимость бтг' от б) определяется соотношением Ы 1 дч. (4л9) 877' бжгтс Б 1 Б,Б Бд да 'Б,рг 4Б4 ПББББББ! Да Де 4Б ДБ ГВт!м Рис. 4-13. Теплоотдача при кипении воды нри атмос- ферном давлении по данным различных авторов. 7 — Якоб в Линке, хромированная плита, чистая, длитель. нос кипенно;7 — Чикелли и Бонилла, хромированная плита, незначительный налет;  — б — Кольчугин н др., нержаве~опзая сталь, никель, хром, серебро соответственно, горизонтальные трубы О = 5 мм, чистые; 7,  — Борнжаиский н др., нержавеюжая ста и лату~ ь с отнетствевно, горизонтальные трубы О= =.
4 —:5 мм;  — Минченко, латунная труба Р = 9 мм; гб .— Кугателадзе, графитовый стержень О = й мм; 77 — Мак Адамс, медная труба О = 13 мм. где с — коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от рода жидкости и давления, а также в некоторой степени от поверхностных условий.' Вследствие сложного статистического характера процесса пузырькового кипения, а также влияния поверхностных условий задача обобщения данных по теплоотдаче является весьма сложной.
Определенные затруднения возникают уже при установлении уравнений подобия. Известно несколько подходов, однако ни один из них не является вполне строгим. Из имеющихся предложений х В некоторых опытах при изменении поверхностных условий отмеча. лось также изменение показателя степени в уравнениях (4-8) и (4-9). 126 в этом направлении наиболее последовательным является анализ, проведенный в 145Р. Автор 151! предложил прямой приближенный метод описания теплоотдачи. В целом при достаточно развитом кипении, когда вблизи поверхности нагрева объемное паросодержание становится значительным, высокая интенсивность теплоотдачи при кипении определяется малым термическим сопротивлением тонкой жидкостной прослойки, остающейся на самой поверхности нагрева.
Наличие такой прослойнн во всей области пузырькового кипения подтверждается результатами ряда экспериментальных работ, связанных с изучением механизма кипения. Перенос теплоты через этот пристенный слой жидкости вследствие его малой толщины осуществляется в основном, по-вндимому, путем теплопроводности. Поэтому если обозначить некоторую осредненную во времени и по поверхности эффективную толщину такой пленки через б,фф, то можно записать, что « = Д/бзбф. (а) Однако строгий расчет величины бзеэ затруднен из-за сложной, хаотичной природы самого процесса пузырькового кипения; в последующем анализе приходится прибегать к приближенным качественным оценкам. Естественно полагать, что величина бзфф должна уменьшаться: при уменьшении кинематического коэффициента вязкости жидкости ч, при увеличении интенсивности беспорядочного движения парожидкостной смеси у границы этого слоя вследствие процесса парообразования и при увеличении плотности центров парообразования на самой поверхности.
Мерой двух последних э~фектов могут служить: приведенная скорость парообразования ш" = д/гр ' и величина, обратная критическому радиусу парового зародыша, 1Имаа. Далее можно рассматривать процессы роста отдельных пузырьков пара и движение всей парожидкостной смеси около поверхности как совокупность целого ряда периодических процессов; поэтому в целом такое сложное и беспорядочное движение может быть интерпретировано как некоторое периодическое движение с характерным средним периодом т. Тогда из соображений размерности следует, что величина б,фф — )' тт, а период т — /саян/ш т. е.
б,фз = сопз13~ т/7мна/ш". (б Если теперь подставить выражение (б) в (а), учесть уравнения (4-4а), (4-5) и определение коэффициента теплоотдачи гз = Ч/Ы, то после простых преобразований получится зависимость 3/ йз а=ь 1 д/', (в) таТз связывающая ноэффициент теплоотдачи и с плотностью теплового потока д н физическими свойствами жидкости. Величина Ь в соотношении (в) есть безразмерный числовой коэффициент. Вследствие приближенного характера оценки скорости хаотического движения парожидкостной смеси и плотности центров парообразования этот коэффициент может зависеть от отношения плотностей фаз р"/р' и специфических поверхностных условий, влияющих на возникновение центров парообразования. Соотношение (в) с учетом приведенных выше соображеаий может быть положено в основу анализа и обобщения экспериментальных данных по теплоотдаче при развитом пузырьковом кипении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
