Теория тепломассообмена Э.Р. Эккерт Р.М. Дрейк под ред. Лыкова (1013696), страница 64
Текст из файла (страница 64)
При дальнейшем увеличении гх( коэффициент теплообмена падаег. Измерения при разности температур свыше представленной на рис. 12-9 показывают, что коэффициенгт теплообмена достигает минимума при б(, приблизительно равном 111' С, и затем начинает снова возрастать. .Визуальные наблюдения объясняют это своеобразное поведение. Можно видеть, что в области 0(Л(<5,5' С пу.зырьки возникают только в нескольких выбранных местах 424 греющей поверхности и поднимаются далеко отстоящими друг от друга колонками.
Объяснение этому явлению дал М. Якоб. Он указал, что малое количество пузырьков может ли~шь слабо влиять на теплообмен и коэффициент теплообмена в основном следует определять свободной конвекцией, возникающей в жидкости,из-за -емпературных перепадов, Поэтому испарение в этой области называется свободно-конвективным кипек ием.
Число мест, на которых возникают пузырьки, увеличивается с ростом б! ~и при перепаде свыше Ы=5,5 С греющая поверхность так плотно усеяна пузырьками, что их отделение должно, вызывать затруднительное движение в жидкости, что увеличивает теплообмен. Это считают причиной резкого увеличения коэффициента тепло- обмена в области 5,5 С<б1<22,2'С,,называемое вузы рч а т ы м к и п е,н и е м. Для температурного диапазона свыше 111'С, в котором коэффициент теплообмена снова повышается с увеличением разности температур, скорость испарения настолько увеличивается, что ,непрерывный слой ~пара покрывает всю поверхность и пузырьки цдра выходят из этого слоя. Кипение в этой области называется п л е:н о ч н ы м к и п е н и е м. Низкая теплопроводность пленки пара, через которую должно проходить тепло, объясняет меньшие величины коэффициента теплообмена для этой области.
При очень высоких разностях температур перенос энергии увеличивается за счет радиации. Тот факт, что пленка пара покрывает греющую поверхность при больших тепловых потоках, был известен давно. Общеизвестно, ~например, что когда капля воды попадает на накаленную поверхность, она, не касаясь поверхности, распыляется на пленке пара и проходит значительное время, прежде чем капля испаряется. Такое явление называется эффектом Лейденфроста в связи с тем, что оно было доложено и объяснено Лейдвнфростом в 1756 г. Область 22,2' С<б1<111 С, в которой коэффициент теплообмена уменьшается с увеличением разности температур, является ~переходной областью, в которой часть поверхности покрыта позырьками и часть — пленкой.
Испарение в этой области называется переход~вы м к и пе,н нем или частичным пленочным ки~пением. Тепловой поток д через единицу площади поверхности и в единицу времени может быть определен по данным рис. 12сй путем умножения коэффициента теплообмема на разность температур М. с! результате оказывается, что 425 в температурной области 22,2' С<ДГ<111' С тепловой поток д также уменьшается с увеличением дГ. Как показано на рис.
12-10, это имеет важное последствие в технических применениях. Во многих случаях тепловой поток д является контролируемой величиной. Пусть тепловой поток доведен до значения г1а на рнс. !2-10. Разность между температурой греющей поверхности н температурой жидкости равна Дгп. Теперь, если тепловой поток постепенр но увеличивается, то разность температур ДГ бу- Ю дет монотонно возрастать .а 1 1 1 до тех пор, пока, поток 1 достигнет величины дя, ! 1 1 а разность температур, Ф ДГн.
Небольшое увели- Ь нонне теплового ~потока сверх этой величины, од! ~ дв нако, заставляет подниаааа дг дз маться температуру до тех пор, пока устанавлирнс. 12-10. тепноаоа поток ч дая вается новое условие равкипения как функция разности тен- новесня немного выше иератур дп точки С. Соответствующая температурная разность ДГ, обычно так велика, что температура греющей ~по~верхности находится выше точки плавления большинства металлов; в таком случае поверхность разрушается. Поэтому точку В называют т о чкой вы гор а н и я. Тенденция использовать высокие тепловые потоки заставляет инженера конструировать оборудование так, что оно работает у точки выгорания; поэтому точное знание этой точки имеет техническое значение Если правильно предположение, что перенос тепла в области свободно-конвективного кипения определяется течениями свободной конвекцнн в жидкости, то коэффициент теплообмена для этой области можно определять, иопользуя зависимость 112-16) 14п=)'1Стг, Рг), описывающую свободно-конвективный теплообмен.
Вид функции 1 зависит от геометрии греющей поверхности. М. Якоб 1Л. 2321 показал, что известные зависимости для свободной конвекции удовлетворительно соответствуют из- 426 мереййым' йоэффи®ие)йтахг теплообмена для свободно-копвективного кипения. В области пузырчатого кипения было принято, что движение пузырьков является доминирующим фактором для процесса теплообмена. Это предположение было подтверждено экспериментально Ф. К. Гюнтером и Ф. Крейтом 1Л.
233], которые аб~наружили, что пузырьки отрываются от поверхности со скоростями до 4,5 м/сель Кроме того, было, установлено, что большая часть тепловых потоков в этой области ~приходит от греющей поверхности в жидкость, а из жидкости в пузырьки пара. Это означает, что характер переноса тепла на греющей поверхности может рассматриваться как следствие вынужденной конвекции в ж~идкости, где конвекция поддерживается движением пузырьков, и что коэффициент топлообмена должен описываться выражением .вида Кц=ДКе, Рг). Последние попытки теоретически объяснить теплообмен в пузырчатом кипении направлены,на установление связи движения пузырьков с их ростом.
Однако конвекция будет также зависеть и от количества пузырьков, образовавшихся в единицу времени на единице площади поверхности; связь же этой величины с микроструктурой ~поверхности делает теоретическое рассмотрение трудным. Розоновым ]Л. 234], Фостером и Цубером [Л.
235] были предпожены полуэмпирические соотношения. Они исходили из предположения, что теплообмен греющей поверхности с кипящей жидкостью .может быть описали соотношением вида Ип=Дце, Рг). В качестве определяющих параметров в этих критериях берутся диаметр'пузырька, его скорость и количество пара, образовавшееся в пузырьках, как мера количества пузырьков. В результате Розенов получил следующее соотно— = а ~ (Рг,)', 112-17) где дг — разность между температурой поверхности и температурой насыщения; гга — теплота, испарения; д — тепловой поток У гРеюЩей повеРхности; сь 14ь Рп Рг~ — УДельная теплоемкость, вязкость, плотность, число Прандтля жидкости при температуре насыщения; р,— плотность пара; о — поверхностное натяжение на границе жидкость— пар при температуре насыщения.
Постоянная а зависит от всех факторов, которые влияют на образование аузырей. В результате обработки экспериментальных результатов Розенов для величины а нашел значение между 0,0027 и 427 0,0!3, а Пирет и Избин ]Л. 236] в результате собственнных опытов по теплообмену при охлаждении .вынужденной конвекцней с чистым ~испарением определили значения между 0,0022 н 0,015. Широкий диапазон этих параметров говорит о том, что еще требуется немало исследований, прежде чем будет получерно вполне удовлетворительное соотношение для пузырчатого кипения. Соответствие между постоянными а, ~измерен~ными при бассейновом кипении и кипении при вынужденной конвекцнн, также показывает, что в области пузырчатого кипения движение пузырьков настолько велико, что,влияние вынужденной конвекции обычно мало.
Опыты с кипением жидких металлов указывают на сильное влияние смачиваемости поверхности. Оказалось, что в несмачивающей жидкости пузырчатого кипения вовсе не происходит. Для теплообмена, связан~ного с пленочным кипением, Л. А. Бромлей (Л. 237] получил соотношение на основе модели, которая в основном идентична с пленочной теорией Нуссельта для конденсации.,Принято, что пленка пара, прилегающая к греющей поверхности, увеличивается под влиянием выталкивающих сил ~и через эту пленку тепло переносится путем теплопроводностн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
