Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 25
Текст из файла (страница 25)
" /(ругие предложения по обобщению см., например, в 11, 9, 39, 47, 52, 90, 991, 127 Рассмотрение проведенных исследований и опытных данных показывает, что для расчета теплоотдачи может быть рекомендована зависимость сс = Ь ( — ') 4)чз, где Ь вЂ” коэффициент: Ь = 0,075 ~1 + 10 ~ Р, ) ~ . (4-10) Ьа 00 00 ч4 00[ 2 4 0010м 2 4 60[0~ 2 4 6070' 2 4 00[ Рис. 4-14. Теплообмен при кипении воды в условиях свободного авнжения (! — б) и при вынужденном движении в трубах и кольпевых каналах (7 — 12). 1 — 4 — опытнме данные [181 на поверхностях вз нержавеющей сталя, никеля, храма в серебра соответственно; З вЂ” б — опытные данные [81 ва по. верхнастях вз нержавеющей стали н бронзы; 7 — опытные даннме [21, нержавеющая сталь; 8 — опытные данные [81Ь нержавеющая сталь; 9 — опытные данные [41, нержавеющая сталь; 19 — опытные данные [841, медь; 11— опытные данные [841, нержавеющая сталь; 12 — опытные данные [891, не.
8 РжаВЕЮЩаа СтаЛЬ. Ввпнзнва А = 97 Хнтпт, СПЛОШНаЯ ЛВННЯ СаатВЕтствует уравненяю (4-10). Все физические свойства в этой формуле следует выбирать по температуре насьпцения. На рис. 4-14 приведены опытные данные разных исследователей по теплообмену при кипении воды на разных поверхностях нагрева в форме зависимости средних (при данном давлении) величин а от отношения плотностей пара и жидкости р"1р'.
(х21 упT )' зч з Линия на графике отражает средний уровень теплоотдачи. Она соответствуег формуле (4-10). Отклонения данных разных исследователей от этой зависимости в основном объясняются не погрешностями измерений, а различием в поверхностных условиях. Эти отклонения лежат в целом в пределах лс 35%. На рис. 4-15 в такой же обработке приведены опытные данные по теплоотдаче при кипении в большом объеме других жидкостей 128 Йа основе общего уравнения (4-10) для каждой жидкости можио получить также более простые расчетные соотношения.
Для этого следует рассчитать значение коэффициента, стоящего перед плотностью теплового потока в уравнении (4-10), при разных давлениях. В результате такого анализа для воды расчетная формула может быть представлена в виде 3 4рб'а а= д', 1 — 0,0045 р, (4-11) [,Б ББ ЦБ 44 й[ д Бв йББ 4р[ Рис. 4-15, Тсплообмен при кипении различных жидкостей в условиях свободного движения. Б е н з о л: 1 — 3 — данные [151, нержавеющая сталь. никель, серебра соответственно 4 — данные [1041, хромированная поверхность; 5 — данные [1071, нержавеющая сталь; г е п т а н: б — данные [1041; в т и л о в ы и си и р т: 7 — данные[1041; б — 10 — дааные [01; ф р во н.12: 11 — данные [771, нержавеющая сталь; ф р е а н .22: 12 — данные [771, нержавеющая сталь; а м м и а к: 13 — данные [231, нержавеющая сталь; д и ф е н и л: з., !4 — данные[1071, нержавеющая сталь.
Величина Л = )7 Днтот, сплош- 5' ная линия соответствует уравнению [4.10). где р, — бар; 4) — Вт/мв. Формула применима в диапазоне давлений от 1 до 200 бар. На рис. 4-16 основные опытные данные для воды (представленные в виде зависимости величины а/д от давления р,) сопоставлены с данными, рассчитанными по формуле (4-11). Видно, что эта формула, так же как и общее соотношение (4-10), отражает некоторый средний уровень теплоотдачи. Действительные значения а могут отличаться от рассчитанных по уравнениям (4-10) и (4-11) в указанных выше пределах из-за возможного влияния поверхностных эффектов.' ' Это относится также к любым иаым расчетным рекомендациям, приводимым в литературе. Однозначный учет последних пока затруднен.
Сейчас, по-видимому, возможна только примерная оценка, основанная на приведенаых выше качественных тенденциях влияния состояния материала и чистоты поверхности нагрева на интенсивность теплообмена. 5 Заказ № 1177 129 Опыты показывают, что при вынужденном движении жидкости закономерности теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении подчиняются соотношениями (4-10) и (4-11). Это следует из рис.
4-14 и 4-!6, на которых представлены также опытные данные при интенсивном кипении насьпценной и недогретой воды, движущейся в трубах и кольцевых каналах. Интенсивность теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении практически не зависит от уровня сил тяжести. На рис. 4-17 по- 42 И с,22 чз /О 8 б 4 14 ада г 4 дв/и ,ов Ш ~,Пп Рис. 4-16.
Зависимость сс/дт1з от р при кипении воды (обозначения точек те же, что на рис. 4-14). Сплопзная линия соответствует формуле (4-1!). казаны опытные данные по теплоотдаче при кипении воды в большом объеме при изменении ускорения от ускорения свободного падения (до = 9,81 м/с') до 135-кратных перегрузок: д/де = 135. Приведенные данные показывают, что интенсивность теплообмена не изменяется. Эти опыты проводились на центрифугах, где за счет изменения частоты вращения создавались соответствующие перегрузки. При уменьшении силы тяжести ниже уровня силы земного притяжения теплоотдача, как показывают опыты, практически не изменяется. Однако при полной невесомости оргайизация длительного кипения в большом объеме, по-видимому, невыполнима, так как в невесомости прекращается отвод образующегося пара от поверхности нагрева.
В области весьма низких давлений (р,( ! 10' Па) процесс кипения приобретает ряд новых особенностей. Основные из них состоят в появлении нерегулярного, пульсирующего во времени процесса вскипания, в возникновении значительных перегревов 130 жидкости и появления звуковых эффектов (стуков). Интенсивность средней теплоотдачи при этом заметно снижается.
Своеобразные закономерности проявляются при кипении жидкости в тонких пленках (толщиной менее 1 мм), создаваемых на поверхности за счет ее орошения потоком капель (106, 110). В целом приведенные данные показывают, что для процесса пузырькового кипения характерны высокая интенсивность тепло- отдачи и возможность отвода с единицы поверхности весьма значительных потоков теплоты.
Последние величины ограничены значением первой критической плотности теплового потока 47„р !. Ограничение в процессе отвода теплоты объясняется тем, что при достижении определенной интенсивности парообразования ухудшаются условия подвода жидкости к отдельным участкам по- 4 св 7 !Б' Б Б 704 в Б Рис. 4-17.
Теплообмен при пузырьковом кипении воды при разных отношениях а!ао Точки ........ ! 2 3 4 8 Баяв ...... ... 1 20 40 60 80 Точки ........ 6 7 8 9 и!Бе . .... 300 !24 435 ! — 40 1! — темпеРатуРа 41асыщенин при давлении на повервности нагрева) г 4 Б В 1Б Д) 'С !7„р! — — 0,147 агро угойг(р' — рл). (4-12) 131 верхности нагрева. Жидкая пленка на этих участках начинает периодически пересыхать.
В итоге эффективная доля поверхности, участвующая в процессе отвода теплоты, уменьшаегся. Развитие такого процесса зависит от характера циркуляции жидкости и пара вблизи поверхности нагрева и интенсивности отвода паровых обьемов от самой поверхности. Определенное влияние оказывают также условия смачивания, шероховатость и другие характеристики поверхности. При кипении жидкости на горизонтальных трубах и плитах в условиях свободного движения (большого объема) скорость отвода пара от поверхности в основном определяется силой, вызываемой ускорением свободного падения.
Значения 47„р! для этих условий могут рассчитываться по формуле (47! Это соотношение получается из следующих представлений о кризисе кипения, как о чисто гидродинамическом явлении. По мере увеличения плотности теплового потока д при пузырьковом кипении возрастают приведенная скорость парообразования шк = — и динамический напор р"ш"з потока гр пара, образьчющегося около поверхности нагрева. При определенной величине (р" ш" )кр наступает гидродинамическая перестройка структуры пристенного двухфазного слоя, в результате которой поступление к поверхности кипения достаточных порций жидкости оказывается затрудненным, Это приводит к кризису кипения. Момент гидродинамической перестройки двухфазного слоя должен характеризоваться определенным соотношением между динамическим напором потока пара (р"ш"з)кр, силой тяжести л (р' — р") 1 и силой поверхностного натяжения аЛ.
Величина 1 есть характерный линейный размер системы. Из соображений теории размерностей между этими тремя величинами должна существовать следующая безразмерная функциональная взаимосвязь: (Р" ш' з)кр а ) й(р рк)1 (Л(р р ) 1а где ) — есть пока произвольная функция. По опытным наблюдениям критическая плотность теплового потока не зависит от линейных размеров нагревателя. Поэтому вид функции должен быть таким, чтобы в предыдущем соотношении размер 1 сокращался. Этому условию удовлетворяет лишь зависимость вида л(р' — рк)1 у и(р' — р") 1 где Ак есть некоторое положительное безразмерное число.
Решая это соот- ношение относительно величины ш", получим: ш„р = А )Угад (р — р ) /р и далее, заменяя ш на ш„р = , приходим окончательно к уравнению Чкрт Грк для первой критической плотности теплового потока: ,— 4 ркрт — — Аг 'и' р" пп (р' — рк). Числовой коэффициент А остается неопределенным. Он был определен из сравнения последнего соотношения с опытными данными и оказался равным примерно 0,14 (47). Так получается уравнение (4-12). т Это справедливо, если размер поверхности больше или соизмерим с раз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
