Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 26
Текст из файла (страница 26)
мерою средних отрывных диаметров Паровых пузырьков, !33 Соотношение (4-12) определяет некоторый средний уровень величины д„р„тогда как действительные значения первой критической плотности теплового потока из-за влияния поверхностных условий и статистической природы процесса кипения могут отличаться от рассчитанных примерно до + 35%. Опыты показывают, что величины д,р, при кипении жидкости в большом объеме практически не зависят от размера поверхности,' если обеспечены условия для свободного отвода пара от поверхности нагрева.
Когда отвод пара затруднен (например, горизонтальная плита, обращенная греющей стороной вниз), значения д„.р, существенно уменьшаются. То же наблюдается в случае кипейия жидкости, которая не смачивает поверхность нагрева. Улучшение условий смачивания приводит к увеличению критических тепловых потоков (3). В ряде опытов отмечалось повышение критических потоков при увеличении шероховатости поверхности, а также при выпадении налетов и накипи на поверхности.
Влияние ускорения свободного падения на величины д„р„предсказываемое формулой (4-12), в среднем подтверждается опытными данными [56, 68!. При кипении жидкости внутри труб и каналов в условиях вынужденного движения интенсивность отвода пара от поверхности и соответственно величина д„р, зависят от скорости движения и характера турбулентного перемешивания в потоке.
Большое влияние в этих условиях на д„г, оказывает также паросодержание самого потока. Опыты показывают, что при увеличении паросодержания значения д„р, уменьшаются. При кипении с недогревом вследствие конденсации паровых пузырьков около теплоотдающей поверхности благоприятные условия для подвода жидкости к поверхности нагрева сохраняются вплоть до очень высоких тепловых потоков. Поэтому значения д„р, при кипении с недогревом обычно оказываются достаточно большими, причем с увеличением степени недогрева (определяемого величиной ЛГ„,„= — Г,— Г, где г' — средняя температура жидкости в данном сечении) д„г1 увеличивается.
Исследованиям кризиса кипения жидкости, движущейся в трубах и каналах, посвящен~( большое число работ. Однако из-за сложного взаимного влияния различных факторов простых и универсальных зависимостей для д,р, до настоящего времени получить не удалось.
Поэтому расчет критических тепловых нагрузок следует проводить по непосредственным (частным) данным, полученным из опытов с такими же жидкостями и в соответствующих условиях. 3. Теплообмен при пленочном кипении. При пленочном режиме кипящая жидкость отделена от поверхности нагрева паровой пленкой, причем температура поверхности 1, значительно превышает температуру насыщения г,. Поэтому наряду с конвективным тепло- обменом между поверхностью и паровой пленкой при высоких температурах заметная часть в переносе теплоты принадлежит тепловому излучению (см. гл. 5). Интенсивность конвективиого теплообмена при пленочном кипении определяется термическим сопротивлением паровой пленки. Характер движения пара в пленке и ее толщина зависят от размеров и формы поверхности нагрева и ее расположения в поле тяжести, а также от условий движения жидкости.
Так, при пленочном кипении на поверхности горизонтальных труб в условиях свободного движения (в большом объеме) пар движется вдоль периметра трубы к верхней образующей и по мере накопления периодически удаляется в форме отрывающихся пузырей. Паровая пленка имеет Л3 толщину, измеряемую долями миллиметра, а движение пара в ней носит ламинарный характер.
Средние коэффициенты теплоотдачи составляют примерно 100 — 300 Вт/(мв 'С). Расчет теплоотдачи при пленочном кипении на горизонтальных трубах в большом объеме следует проводить по формуле а=0,623 (Р "' )Я'* "?э(7, 7.) (4-13) 7 ф? аг ~~а ?а?? т и 4и? аппо 5??7? уа? ю?? уй? 'г Рис. 4-18. Теплоотдача при пленочном кипении на поверхности горизонтальных труб. Величинаар „ определяется по формуле (4-13).
Опытные данййе [1031. 1 — вада; 2 — этиловый спирт; 3 — бенэол; 4 — четыреххлорнстый углерод; 5 — азот 11 — 5 — Ю = 8,95 мм); 3 — у — пентан, О = 4,8; 5,05; 8,95 н 11,9 мм соответственно. ! 45 Р 7?7(7 400 5?7?7 0?747 га? ар 717 Рис. 4-19. Теплоотдача при пленочном кипении на вертикальных поверхностях. Величина арэсч определяется по формуле (4-14). 7 — бенэал; 2 — четыреххлорнстый углерод; 3 — метнловый спарт; 4— аргон; 3 — азот; 3 — зтнловый эфир; 7 — этнлавый спирт (1 — 7 — давленпе атмосферное)1 3 — этнловмй спарт, давление 10.10' Па. где 7 = 7 + 0,6 с" (1, — 1,) — эффективная теплота фазового перехода, учитывающая перегрев пара в пленке; 0 — диаметр трубы. Физические свойства в этой формуле (за исключением плотности жидкости р') относятся к паровой фазе.
Их следует выбирать по средней температуре пара: г,р — — 0,6 (1, + 1,)., 134 На рис. 4-18 приведено сравнение формулы (4-13) с опытными данными. При пленочном кипении на поверхности вертикальных труб и пластин течение пара в пленке обычно имеет турбулентный (вихревой) характер. Поверхность пленки испытывает волновые колебания, толщина пленки растет в направлении движения пара. Опыты показывают, что теплоотдача практически не зависит от высоты поверхности нагрева, а следовательно„ и от расхода пара в пленке. В целом процесс оказывается во многом аналогичным свободной конвекции однофазной жидкости около вертикальных поверхностей.
В данном случае подъемная сила, определяющая движение пара в пленке, определяется разностью плотностей жидкости и пара д (р' — р"). Расчет теплоотдачи в этом случае может проводиться по формуле [53[ а = 0,25 $г ос/ар г а2 (4-14) кт +4 Физические свойства +Зу% ' ' о пара в этой формуле еле- 1 дует выбирать по средней Да, -+ — — - + температуре пара. На рнс.
44 4-19 приведено сравнение ас са этой формулы с опытными 44 700 2РР УРР 'ь" данными по теплоотдаче при пленочном кипении различных жидкостей на Рнс. 4.20 сопоставление зависимости (4-14) поверхности вертикальных с опытными данными прн пленочном кипе- нна воды (!) н фреова (2) на горнзонтальной труб [7, 109). плите 280 Х 280 мм н азота на поверкностн При пленочном кипении сфеРы )) = 28,4 мм прн нормальном ускожидкости на поверхности Ренан свободного паленка (3) н понижен. Г рн Нт НОй ПЛ На нем Ус«ореннн свобопного папеннн а/Кз = ор чительных размеров поверхность паровой пленки испытывает интенсивные волновые колебания, в результате которых в различных ее точках периодически образуются всплывающие вверх паровые пузырьки.
На рис. 4-20 приведено сопоставление формулы (4-14) с опытными данными при пленочном кипении воды н фреона на горизонтальной плите размерамн 280 х 280 мм [108[, а также при пленочном кипении азота на поверхности шара 1) = = 25,4 мм при нормальной и пониженной силе тяжести. Хотя первичные опытные данные характеризуются значительным разбросом, формула (4-14) в среднем согласуется с этими данными. Прекращение пленочного кипения наступает прн уменьшении температуры поверхности ниже определенного значения.
В эти моменты жидкость начинает касаться (смачивать) теплоотдающей поверхности. Опыты показывают, что прекращение пленочного ки- 138 Таблица 43 Значения предельных температур 1п некоторых жидкостей Жидиость г„. с сп с Жидкость 195 190 181 144 Бензол Пентан Гексан Гептан 78,3 64,5 56,1 34,5 Этиловый спирт . Метиловый спир . Ацетон Диэтиловый эфир 80,1 36,1 68,7 98,4 226 147 182 215 пения происходит тогда, когда температура поверхности нагрева' 1, оказывается равной или обычно несколько более низкой, чем температура предельного ггерегреги жидкости уп. Последняя определяет тот максимальный перегрев жидкости, выше которого жидкая фаза оказывается термодинамически абсолютно неустойчивой; она самопроизвольно распадается и испаряется.
В работах [80, 73] подробно исследовались значения температур предельного перегрева жидкостей с применением различных методов эксперимента. На рис. 4-21 показана зависимость 1п = 1' (р) для воды [73]. На этом рисунке показана также линия насыщения 1, = 7' (р) воды. Характерной особенностью зависимости 1„= ) (р) является то, что она близкз к прямой линии, которая заканчивается в критической точке состояния вещества'.
В табл. 4-3 приведены значения 1п для ряда жидкостей при атмосферном давлении [80]. Пленочное кипение прекращается, когда температурный напор Ау„рз — — 1, — 1, оказывается равным или обычно несколько меньшим, чем температурный напор, соответствующий предельному перегреву А1„= 1п — 1,. Таким образом, й1крз с~~(п (4-15) г Температуру поверхности йь при которой прекращается пленочное кипение, иногда в литературе называют температурой сфероидального состояния, или точкой Лейденфроста. 2 Точнее, эта зависимость имеет незначительную выпуклость, обращенную в сторону оси давлений. Такой характер гп =- 1(р) сохраняется и для других жидкостей.
!36 где коэффициент с обычно лежит в пределах 0,8 — 1,0. При более высоких температурах поверхности (1,)1п) жидкость не может соприкасаться с поверхностью нагрева, так как при приближении к поверхности происходит самопроизвольное ее распадение и испарение. Это определяет возможность существования пленочного кипения, несмотря на то, что паровая пленка часто оказывается гидродинамически неустойчивой. Критическая плотность теплового потока при прекращении пленочного режима КИПЕНИЯ 4/„рз МОжЕт бЫтЬ НайДЕНа Иэ СООТНОШЕНИЯ 4/„рз — — ссЛ/,рз, (4-16) где сс — коэффициент теплоотдачи в режиме пленочного кипения, определяемый по формулам (4-13) и (4-14).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
