Глава X. Теплообмен при кипении и конденсации (1013639), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Из условий слияния пузырей определялась длительность второй стадии контакта жидкости со стенкой (от возникновения паровых зародышей до образования сплошной пленки пара) пт' рнер,„(Т, — Т,„) ~1 рог~~(Т вЂ” Т )за 3а ). Рпгп где )а =Р"' Р"'( " ' — число Якоба. Ржс м~!Тн Та) Рого Математическая модель теплообмена при переходном кипении Учитывала три основных физических механизма, последовательно сменяющих друг друга на каждом участке поверхности нагрева: прогрев тонкого слоя жидкости в месте ее контакта со стенкой за счет теплопроводности до образования устойчивых паровых зародышей; механизм, сходный с пузырьковым кипением в период роста паровых пузырей до слияния их в сплошную пленку; механизм, сходный с пленочным кипением в период паровой изоляции поверхности нагрева пока развитие гидродинамической "еустойчивости границы раздела фаз не приведет к очередному контакту жидкости со стенкой. Эп 269 чт1т + чптвгпл + Чпл1п вв'ппр — 1 + 1 (10.1Т) позволило получить зависимость аплдпЬТв+ 2ппв Уйт/л+ иттвЛТ вясл Ьллт+ Ь ЛТ-в+ Ь„лат-в гДе Й„, Й„й„— эмпиРические константы1 зж = У РсХ вЂ” тепловая активность жидкости.
Экспериментальное исследование физического механизма переходного кипения проводилось на воде. зтаноле и фреоне-! 13 в большом объеме путем измерения локальных пульсаций температуры поверхности нагрева (в период контакта с жидкостью температура стенки падает, в период контакта с паром онэ растет). Для всех исследованных жидкостей средняя длительность их контакта со стенкой тпв уменьшается с ростом температурного напора и падением недогревэ, а средняя длительность контакта стенки с паром 1п изменяется наоборот. Частота контактов жидкости со стенкой 1 (которую можно рассматривать и как частоту возникновения сухих пятен) достигает максимума в средней части переходной области кипения, При уменыпении высоты микро- неровностей поверхности нагрева наблюдается некотооый рост значений тж --= 1т + 1вл.
Полученные экспериментальные зависимости характеристик физического механизма от параметров процесса совпадают с результэтамн теоретического анализа. В чэгтногти, длительность контакта жидкости со стенкой т„резко падает в зоне низких температурных напоров (тж ЛТ '), э с увеличением ЛТ скорость падения замедляется (т„, ЛТ '). Такая зависимость объясняется тем. что при низких ЛТ дохвиннрующэя часть времени контакта приходится нэ рост и слияние пузырей (длительность этого процесса 1„ЛТ '), а прн высоких — нэ прогрев жидкости за счет теплопроводности 1, — ЛТт.
Это позволило не только обобщить опытные данные по средней длительности контактов жидкости со стенной безразмерной формулой пвв!пРпвг„аТ т 1,34 ° 1ов т , = ~490 лн ', ) Х 4о~ П + сов 6) Т~ х 1+0,025 Р ' """ Рпвтп с погрешностью .+30пй (при изменении значений тп, на два порядка), но и определить составляющие 1, и 1п: первой из них в (10.19) соответствует коэффициент 490. второй — 1.34 104/да'. Опытные данные по длительности контакта поверхности нагрева 260 Представление средней плотности теплового потока при переходном кипении в виде суммы трех составляющих с учетом доли времени, приходящейся на каждый процесс, 1, конг/ма 5ОО 50 о оо )оо 750 ог,к 50 гао по обо а) Д Рис.
)О )О. Вл!анни» и,! )зе)!сколков ьнпеииь аао!а !тыл~)пн!4 ниакзлеплопровод. ного фторопластового покрыты Чзрре на мглиой пластине [о) и угла наклона пластины (бд ), 7 — толщина пакрмти» О; !О: 30: 40, 70 )ОО, )20 мкм соответст енно )с толвзинм )20 мкм насннаетсн зона автомонельностн). а .. !! — угол наклона пластины к горизонту О', 90; )ЗЬ; )00' соответственно. )Толсгнна пакрмти» Н П.а гоставлнет )ОО икм.) с паровой фазой обобщены с погрешностью +-300го безразмерной форм улой Рва'104 21 10а ОР" Рп' "' Г1 + 0 04 Рлзгри; (! з — т!и) ~ гирла)а '~ — '!" == Рпзгп (10.20) Выражения (10.19), (10.20) применимы для переходного кипения в большом объеме на горизонтальных высокотеплопроводных (е )) еиз) поверхностях нагрева с шероховатостью /ст, == 0,5... 0,6 мкм для жидкостей, термодинамически подобных воде, этанолу и фреону-113 (имеющих при безразмерной температуре Т/Тн мм =- 0,625 безразмерное давление насыщенного пара ра/р„= 0,0046 ...
0,0168, где Т„ и ри — температура и давление в критической точке вещества). Анализ результатов экспериментального исследования тепло- обмена при переходном кипении показал, что характеристики поверхности нагрева и теомодивамические парамегры жидкости влияют на поопесс в большом объеме и при вынужденном течении, поичем наиболее существенным является влияние эффективной тепловой активности г э (с учетом толщины покрытия и стенки) и ориентации поверхности нагрева, давления, недогрева и скорости течения (рис.
10.10 ... 10.13). При уменьшении эффективной тепловой активности поверхности нагрева (за счет применения материала с мепыпей теплопроводностыо илн нанесения низкотеплопроводных покрытий различной толщины) переходная область кипения сдвигается в область более вь)соких температурных напоров. Зто объясняется тем, что на стенке с низким значением е,э при контактах с жидкостью происходит более глубокий спад зз! г гаа гаа уа лтн та та уа еа ага а) та аа а) В кат)згг Рнс.
И1 12. Влияние на переходное кипение давления к скорости течения недогретого азота в трубе. и — скорость 4,6 мтс; ведогрев 14 К; 1 ... 4 — Р = 0,2; 0,6; 1,2; 2,1 Мпс соогвсгствскво; б — Р -0.6 МПс: ведсгрсв 18 К; 5 ... 8 — с 1,У; 4,6; 8,1; 12,6 мтс ссствстсхвскко рис.
10.13. Влияние иа переходное кипение насыщенного и нвдогреюго этанола шеРоховатости медной горизонтальной пластины: г в 2 — ведпгрвв 12 К, шероховатость 0,64 в 6,4 мкм ссотвстствсвво: 5 в 4 — недссрев 0 К, шсроховвтссвь 0,64 в 6,4 мкм сооввевсевенво 255 аа бтк а га 262 у, 4аштгг температуры и существенно возра стает длительность этих контактов, характеризующихся наиболее интенеаа а снвным теплосъеьюм. Изменение ориентации поверхности нагрева от 2 горизонтальной, обращенной вверх 1 1:у = 0'), до вертикальной (у = 90') н далее до горизонтальной, абра.
птенной вниз 1у = 180'), приводит к снижению интенсивности теплоота уа аа б т,к дачи и некоторому сдвигу переходРис. 1О 11. Вли»кнс гепнера- НОГО КИПЕНИЯ В ОбЛаетЬ МЕНЬШИХ туры (ьт 1исдогрева Фреояа 113 температурных напоров, Это связано с увеличением средней продолжи- периодов пановой нзоля- н соотаетстеевкс цнн поверхности нагрева за счег по- вышения гидродинамической устойчивости границы раздела фаз и ухудшения условий отвода пара, вызывающего утолщение паровой пленки.
Исследование теплообмена прн переходном кипении в большом объеме из плоских, цилиндрических и сферических рабочих участков показало, что определяющим фактором является не форма, а локальная оряен1, ння каждого учш-кз поверхности у, калг/мг 10.9. КРИЗИС ПЛЕНОЧНОГО КИПЕНИЯ Для возникновения кризиса пленочного кипения необходимо выполнение по крайней мере двух условий для контактоя жидкости со стенкой: гидродинамического и термодинамического.
При пленочном кипении в условиях вынужденного течения и на вертикальных и горизонтальных поверхностях в условиях свободной конвекции гндродинамическая возможность контакта гребней волн и капель со стенкой обеспечена даже при температуре стенки, значительно превышающей температуру предельного перегрева жидкости Т,р. В этом случае кризис пленочного кипения носит термодинамический характер и происходит следующим образом. В месте случайного контакта жидкости со стенкой устанавливается некоторая темпеРатУоа Т„р, котоРУю можно в пеРвом пРиближении полУчить из решения одномерной нестационарной задачи теплопроводиости для полубесконечных слоев жидкости и стенки с началь"ыми температурами Т, и Т,: Гмо+ Тио У рр = Тюо+ (10.2Ц нагрева. С увеличением недогрева жидкости до температуры насыщения переходная область кипения расширяется, смещаясь в область более высоких значений температурного напора, а интенсивность теплообмена возрастает.
Зто вызвано ростом длительности контактов жидкости с поверхностью нагрева и сокращением перерывов между этими контактами. С повышением давления границы переходного кипения сдвигаются в сторону меныпих температурных напоров, а плотность теплового потока при заданном температурном напоре снижается. Зто объЯснЯетсЯ тем, что пРи высоком давлении облегчаетсЯ образование паровых зародышей и ускоряется рост пузырей, что приводит к уменьшению продолжительности контактов жидкости со стенкой. Увеличение скорости течения приводит к интенсификации теплообмена при переходном кипении за счет сокращения периодов паровон изоляции поверхности нагрева в связи с возрастанием гидродинамической неустойчивости границы раздела фаз, При уменьшении шероховатости поверхности нагрева плотность теплового потока в переходной области кипения при постоянном температурном напоре возрастает. Зто связано с уменьшением плотности действующих центров парообразования, что приводит к росту длительности контактов жидкости со стенкой за счет более позднего слияния растущих пузырей в сплошную пленку.
В области кризиса пленочного кипения влияние шероховатости исчезает, поскольку уменьшается вклад тепло- отдачи в местах контакта жидкости со стенкой в суммарный теплообмен. где а = г' Р с Х; е = г' Р,„с Х вЂ” тепловые активности материалов стенки и жидкости соответственно. Если локальная температура на границе контакта жидкости со стенкой Т, превышает температуру метастабильного пере грена жидкости Т р, то происходит взрывообразное вскнпание тонкого слоЯ жидкости, коснУвшегосЯ стенки. ПРи Т„г < Т, контакт жидкости со стенкой будет более длительным и приведет к увеличению теплоотдачи за счет нестациоиарной теплопровод ности и пузырькового кипения, если оио успеет развиться за время контакта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
