Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Для возможности переноса опытных данных на другие жидкости и дру- Чр,,р гие давления эти дан- 4 !ар. ные необходимо снача- 'з ла обобщить. По этому вопросу в ли гературе имеется много работ и 7 из них заслуживают внимания работы г М. А. Кичигина [38) и С. С. Кутателадзе [51а!.
Но из многочис- с дг ленных попыток в этом направлении наиболее СТРОГИМ И ФИЗИЧЕСКИ фиг. 68 чр / обоснованным является изменения обобщение Г. Н. Кружилина [46). Теплоотдача при кипении жидкости является очень сложным процессом. Поэтому при математическом описании этого процесса целесообразно сначала рассмотреть условия тепло- отдачи при действии на поверхности лишь одного центра парообразования. В этом случае он описывается системой дифференциальных уравнений, подробно рассмотренных в 5 8. Эту систему необходимо только дополнить уравнением движения парового пузырька и уравнением увеличения объема пузырька вследствие испарения жидкости с его поверхности. Затем должно быть учтено взаимное влияние центров парообразования, что можно сделать иа основе приведенных выше уравнений (3 —: 6). Из системы указанных уравнений Г.
Н. Кружилин получил критерии подобия и составил из них критериальные уравнения. На основе анализа и обобщения опытных данных 134 тенлООтдАчА НРи изченении АГРеГАтнОГО ГостОяния ! Ге б эти критериальные чравнения могут быть представлены в следующем виде: для коэффициента теплоотдачн Хи=0,075 Рг " К ад К (1О) и для критической тепловой нагрузки К =995Рг' Кц ' ° Аг" (11) аа где Ми = -- — критерий Нуссельта; Рг = - - — критерий Прандтля; Аг = —,, — критерий Архимеда; ха', т' — т" ч~ т раг К,=-„—, .д — критерий, определяющий числодейста вующих центров парообразования; (' — — „— — т — „— критерий, определяющин частоту от- 05 Н !" Гр'0 т' — т" рыва пузырьков.
В качестве определяющего размера здесь принята величина 5 = ~/ ',, пропорциональная Ы0; физические парат' — т" метры рабочих жидкостей отнесены к жидкой фазе при температуре насыщения 1,. Критериальные урачнення (10) и (1!) применимы прн кипении в большом объеме в условиях естественной конвекции н справедливы для всех жидкостей, смачивающих поверхность нагрева, и для любого давления вплоть до критического.
Зги уравнения представляют большой интерес, так как они поаазывают реальную возможность о5общения опытных данных по таким сложным процессам, как процесс кипения. В дальнейшем они, несомненно, будут уточнены и распростран" ны на процессы кипения в трубах как в условиях естественнонк так и вынужденной циркуляции жидкости. Если крнтернальные уравнения(10) и (11) развернуть и представить их в размерном виде, то получим следующие две зависимости: для коэффициента теплоогдачи Г Т"Г ~0033!т'~Ч !08 07 а=3,64 10-' —, „—,~ .нкал1маеасаС 1т — «) 1,') 00 ч т'и ~Р а !12) тдплоотдлчл пги кипении й 171 135 н для критической тепловой нагрузки а )оа( ' ") 1м .( теT)!з а 1" Здесь а н д представлены в виде зависимости только от физических параметров.
Поэтому, имея надежные данные по г г а у д г ю м и гп го аа аЫ=1щ-8а Фаг. 69. а=у (Лйр) длв воды по формулам (12) и (16). физическим параметрам, по этим формулам можно для любой жндкостя и любого давления подсчитать а и д, а так- «е же а, нЫ„,. Для воды такие расчеты произведены н представлены графически на фнг. 69 в виде зависимости а=у(Ы, р)' н на фнг. 70 — в виде зависимости а =у(д, р). Как видно нз этих графиков, с новышеннем давления коэффициент теплоотдачн возрастает, критический температурный напор уменьшается, а критическая тепловая нагрузка сначала до р = 80 — 100 ата возрастает, а затем резко уменьшается, стремясь к нулю прн р=р, .
Изменение значений д.„, М„~ н а, от давле- ния приведено отдельно на фиг. 71. 135 ГеплООтдАчА пРи изменении АГРеГАтнОГО сОстОяния [Г«.а Иа основания этих графиков для давлений от р=0,2 до р = 100 ата для коэффициента теплоотдачя прн кипении воды можно рекомендовать следующие расчетные формулы: а = 2,53. р ' ' !) ' ккал[ивеас 'С (14) нли а = 22. р' М '~ ккал/ля«час 'С. (15) Такие простые н удобные для расчета формулы можно получить из уравнений (12) и (13) для любой жидкости, % 5 Ф л) Ч нила/ма на« фмг. 70.
«=У'(!), Р) лая волы ло формулам ([д) и ()З) 5. Зависимость теплоотдачи от различных факторов. а) Влияние рода жидкости. Опыт показывает, что для различных жидкостей интенсивность теплоотдачи при кипении различна. Это различие, как это следует нз уравнений (12) и (13), в основном определяется физическими параметрами жидкости.
Изменением этих параметров от температуры обусловливается н зависимость теплоотдачи от давления. Поэтому очень важно знать роль и значимость каждо- го параметра в изучаемом процессе. й 171 теплоотдлчл пви кипении 137 Юрда =рМ гар галр г лр га аг йр дг аг 7 г г гр го га рг)п гав юа /г шля дл, а,, ог в аависимости ог давления для воды по формулам (!2) и(13).
Фиг. 71. Изменение уравнения (13) следует, что критическая тепловая нагрузка в первую очередь определяется разностью удельных весов жидкости и пара, коэффициентом теплопроводности жидкости, абсолютной температурой кипения, теплотой парообразования и удельным весом пара; с ростом этих величин критическая тепловая нагрузка возрастает.- Однако, все этн выводы справедливы лишь для жидкостей, смачивающих поверхность нагрева. Если жидкость не смачивает поверхность, то процесс кипения протекает по-иному. В этом случае парообразование происходит на всей поверхности нагрева и пар образуется в виде пленки.
Вследствие высокого термического сопротивления паровой пленки интенсивность теплоотдачи при этом незначительна. В частности, для ртути согласно опытам М. А. Стыриковича и Опытным путем установить влияние какого-либо одного параметра независимо от других практически невозможно. Но, как было сказано в 5 1О, это можно сделать на основе анализа обобщенной зависимости, описывающей процесс; такие зависимости теперь у нас есть и для процесса кипения 1см.
уравнения (10) и (11)1. В самом деле, из уравнения (12) следует, что на интенсивность теплоотдачи наибольшее влияние оказывает тепловая нагрузка поверхности нагрева, удельный вес кипящей жидкости и ее теплопроводность; с ростом этих величин коэффициент теплоотдачи увеличивается. Точно так же из 138 тГПДООтдАчА ПРи изменении АГРеГАтного сОстояния [Гл И. Е.
Семеновкера 181] коэффициент теплоотдачи получается и 10Н 20 раз ниже, чем для воды при одних и тех же значениях тепловой нагрузки поверхности нагрева и давления. Правда, такая разница получается не только аа счет отсутствия смачиваемости поверхности ртутью, но и за счет физических параметров. б) Влия ни е формы и размеров пове рхн ости. форма и размеры поверхности нагрева, а также высота слоя жидкости над нагреваемой поверхностью на интенсивность теплоотдачи практически не влияют, если только размеры поверхности нагрева и высоты слоя жидкости больше отрывного диаметра пузырьков пара, т. е.
больше 4 — 6 мн. в) Влияние выделения газов. При нагреванигг с поверхности в виде пузырьков начинают сильно выделяться адсорбированные газы. При кипении, т. е. при наличии перегрева жидкости у стенки пузырьки газов становятся центрами парообразования. Благодаря этому в первое время работы поверхности процесс парообразования протекает весьма интенсивно. Но с течением времени число таких центров парообразования уменьшается и интенсивность теплоотдачи снижается. Через несколько часов непрерынной работы поверхности, когда выделение газов прекращается, процесс стабилизируется.
В этом случае число действующих центров парообразования, а следовательно, и интенсивность теплоотдачи, определяется лишь состоянием самой поверхности нагрева. При расчете промышленных аппаратов надо пользоваться лишь такими стабильными значениями коэффициента теплоотдачи. г) Влияние материала поверхности нагрева. Ловольно широко распространено мнение, что на интенсивность теплоотдачи при кипении большое влияние оказывает материал поверхности нагрева, поэтому при описании опытов всегда отмечают, с какой поверхностью производился опыт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
