Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 23
Текст из файла (страница 23)
С памошью высокоскоростной киносъемки было установлено, что пузырек водяного пара в месте своего возникновения остается на поверхности лишь в продолжение времени т, =0,022 сек. При росте и отрыве пузырька происходит охлаждение и перемешивание жидкости вблизи данного центра парообразования. Поэтому следующий пузырек пара в э.ом центре может зародиться лишь после того, ткплоотдачл пни кипении 129 как снова восстановится необходимый перегрев жидкости, что продолжается около т,=0,025 сек.
Следовательно, полный период роста паровых пузырей равен то=тг+та=0,022+0,025= 1 =0,047 секо а частота их появления (или отрыва) У= — = 'о = 20,2 г/сиде. Чем меньше до, тем больше У и наобоРот: пРи- 1 близительно У= -„- . Так как с увеличением давления гто уменьшается, то частота отрыва пузырьков пара У увеличивается. Рост пузырей до отрыва и движение нх после отрыва вызывают ~~ з циркуляцию и перемешивание жидкости у по- 2 верхности и в объеме и, таким образом, опре- у деляют собой интенсивность теплоотдачи от поверхности к жидкости.
Поэтому при кипении жидкости в большом объеме (в условиях естественной конвекции), чем выше частота отрыва пузырей У и больше действующих центров парообразования ~, тем интенсивнее теплоотдача, т. е. тем выше коэффициент теплоотдачи а. Так как значения У и Л зависят только от Ы, то и коэффициент теплоотдачи является функцией Пг' или гу. 2. Пузырчатый и пленочный режимы кипения. Типичная связь между коэффициентом теплоотдачи а и температурным напором пх по экспериментальным данным при кипении жидкостей в большом объеме в логарифглических координатах представлена на фиг.
65 В области АВ при малых температурных напорах и соответственно низких тепловых напряжениях значения коэффициента теплоотдачи невелики и определяются условиями свободной конвекции однофазной жидкости (см. гл. 3). При кипении воды в атмосферных условиях эта область ограничивается температурным напором сзх= 5о С и соответственно тепловой нагрузкой г) = 5 000 икал/манас. В области ВС интенсивность теплоотдачи определяется конвекцией жидкости вследствие роста и движения паровых пузырей. В этой области с повышением температурного напора Ы коэффициент теплоотдачи и быстро возрастает и достигает очень высоких значений. Так как интенсивность О г 4 г В уо Уг -е ъ сета Фиг, 64. Изменение диаметра парового пузырька во времени.
и Эти данные получены при кипении годы в атмосферных условиях. 9 М. А Михеев 130 теплоотдАчА НРи изменении АГРеГАтнОГО сОстОЯниЯ 1 Гл. ь г П,l 1 Юг процесса здесь в основном определяется наличием и движением пузырьков пара, то рассматриваемый режим кипения называется пузырчатым. В качестве примера на фнг. 66 и 67 приведены зависимости а=У(д) по опытным данным для воды и бензола при различных давлениях в области интенсивного пузырчатого кипения.
По этим, а также другим аналогичным данным а =Ад'Р=ВЗг (9) здесь В=АЗ'~; обе эти величины зависят от рода жидкости и давления. При кипении волы в атмосферных условиях область ВС ограничивается температурным напором от 5 до 25' С и тепловой нагрузкой от 5 10з до 1 10е ккал1мечао; при этом коэффициент теплоотдачи го~ достигает значения 40000 I ккал1мвчас 'С. пузырчатое / 1 В точке С происходит гаг кипение изменение режима кипе0леночное ния — при дальнейшем по- ниоение вышении температурного У напора Ы коэффициент гй 1 теплоотдачи а резко па- /а дает. Это явление обуслов- /,.Р ливается тем, что с повыга' шепнем температурного л 1 напора в области пузырл ! чатого режима кипения число действующих ценгаг о' тров парообразования не- ег 'С прерывно растет и в конфпг.
зч. Тлрактер ввмепеппв теплового ЦЕ КОНЦОВ ИХ СтаНОВИТСЯ потоке и ковффпппептл тевлоотдлчн прп так много, что РастУщие кппеппв волы е завпспмостп От темпе- на них пузырьки пара рлтурпого пвпорл 1р= 1 ото). сливаются между собой и образуют паровую пленку, отделяющую жидкость от нагреваемой стенки. Такой режим кипения называется пленочным. Устойчивость такой паровой пленки, конечно, незначительна; она непрерывно разрывается на части и удаляется в виде больших пузырей, а на ее месте возникает новая.
В силу этого обстоятельства момент изменения режима кипения должен зависеть мак от физических свойств кипящей жидкости, так и от гидродинамической обстановки процесса и, в частности, от скорости движения кипящей жидкости. Значения температурного напора, коэффициента тепло- отдачи и тепловой нагрузки, соответствующие моменту перехода пузырчатого режима кипения в пленочный, принято те!'лоотлдчд пги кипдн!и! й !71 131 называть критичееыима. Для различных жидкостей эти значения различны, например, при кипении воды в условиях естественной конвенция и атмосферном давлении Ы„ = =23 —:27'С,а, = ~0000ккал)дгеч!гаоСи д, =1 ° 1Ов ккал)м'час, а при кипень!ч бензола в тех же условиях ЛГ„г 47'С; а„ =7500 ккал/мвчас'С и 0„я=350 10 ккал!м'час.
3. Критическая ! силовая ивгпузка. Установление факта сушествования критического температурного напора имеет 5,0 ",0 «ь 0 50 0 З0 0 40 00 55 00 гй 7 Фиг. 66. а=У (д,р) для воды. Фиг. 67. а=у (д,р) ддя беиводв. большое практическое значение.
Этот факт может быть использован для выбора оптимального температурного режима работы кипятильных или выпарных аппаратов. В этих аппаратах тепло передается от одной жидкости с температурой 1! к другой, кипяшей при температуре 1в. Если увеличить температуру греющей жидкости„то увеличится общий температурный напор и количество переданного тепла возрастет. Однако, так будет лишь до тех пор, пока со стороны кипяшей жидкости 1 — 1,(Ы,р! при 1 — 1,) Ы,р увеличение температуры греюшей жидкости приводит к резкому снижению производительности аппарата, так как при этом пузырчатый режим кипения переходит в пленочный и коэффициент теплоотдачи со с!ороны кипящей жидкости резко уменьшается.
Поэтому температурный режим работы кипятильных аппаратов должен проверяться самым тщательным образом как путем расчета, так и путем непосредственного опыта. зе 132 тенлООтдАчА пРН изменении АГРеГАтнОГО сОстОяния [Г а Вместе с этим в практике нередки случаи, когда задамным является тепловой поток д; такие условия характерны для работы, например, экранов в топках паровых котлов, теплообменников с электрическим обогревом и т.
п. При д )д„ происходит резкое повышение температуры металлической стенки до недопустимого предела. Поэтому для расчета кипятильных устройств наряду с М, необходимо знать и соответствующее ему значение д, которое большей частью является верхним пределом тепловой нагрузки поверх- но"ти нагрева при кипении. Типичная кривая зависимости д = 1'(Ы) представлена на фнг. 65. Для различных жидкостей характер этой зависимости сохраняется. При М =Ыер в точке Ар кривая имеет максимум, когорым и определяется значение критической тепловой нагрузки д„ . Последнее очень сильно зависит от рода жидкости и давления.
Так, например, при кипении в большом объеме и атмосферных условиях имеем такие данные: дли воды л, — 1000.10а ккал1лаа вас спирта р,р = 500.10' беиаола 4„ — 330 10а и-Гептаиа о „ = 307 1Оа $ т. д Конечно, здесь приведены средние значения ~у„р; в зависимости от обстановки протекания процесса они могут быть и выше и ниже. По новейшим опытным данным [29195) с увеличением давления значение д„ для всех жидкостей сначала резко возрастает, достигает некоторого максимума, затем падает и при критическом давлении р, становится равным нулю. Если по оси абсцисс вместо давления р отложить значение — (относительное давление), а по оси ординат вместо д— р Ркр значение — — ', то зависимость между этими величинами ар,кр ас кр является типичной для всех жидкостей (фиг. 68).
Здесь р„ — критическое давление; д , — критическая тепловая нагрузка поверхности нагрева при давлении р; дик — критическая тепловая нагрузка при р = 1 ати Максимум этой кривой соответствует следующим значениям переменных =3,0 —:3,5 и Р =0,35 —:0,4. Если эти данные распространить на воду (р„~=225 аяаа), й !71 теплоотдача при кмпкнии !33 йв Я„ 41 Р=У (Р/Р„р); харавтер Фуйииии ет давления то получим, что наивысшее значение д „=(3 —: 3,5).!Оа ккал,'мзчпс должно быть при р=80 —:90 ата. Для бензола (р =49,7ата)соответственно дм, =(1 —:1,3) 10а ккал!'.к"-час ар при р = 17 — г 20 ата, 4.
Обобщенные зависимости. Описанные явления качественно справедливы для любой жидкости, смачивающей поверхность нагрева. Но имеющиеся в литературе количественные результаты отдельных опытов непосредственно переносить на другие жидкости и другие давления нельзя; они справедливы лишь для тех жидкостей, с которыми проводился опыт, и для тех условий, какие существовали в опыте. Поэтому такие результаты имеют лишь частный характер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
