Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Кутателадзе С.С. (1013703), страница 33
Текст из файла (страница 33)
В Чеягробежчыо полях ускорений со значительными перегрузками =п(9,81 (где д — действующее ускорение) необходимо учитывать воздействие кориолисова ускорения. Последнее отражается введением в формулу (12.4,6) дополнительного слагаемого С„Со., где число Кориолиса Со = ю(.
р р'1)г лЬра. ( 12.7.5) Здесь ю — угловая скорость; й — характерный размер нагревателя. Физические свойства жидкости и пара следует относить к термодинамическим параметрам на поверхности нагрева (т. е. с учетом центробежного давления). В общем случае коэффициент Со зависит от геометрии нагревателя и его расположения относительно ю. При набегаяии струи жидкости на поставленвую перпендикулярно к ней пластину кризис теплообмеиа при кипении, по экспериментальным данным Б.
Ш. Чхеидзе, описывается зависимостями: Кор ) 1 К = 0,14 + 0,0!4ргрд К,р" гз<1; д.в=1+0,4К„'р" '", ) ,о з 1/4 где Рг„ = (Т' ( а ) г, добр ) (12.7.6) Влияние вынужденной конвекции на теплоотдачу при пузырьковом кипении учи~ывается интерполяционной формулой (12.7.7) 203 где а„„ — коэффициент теплоотдачи при данных значениях д или ЬТ в Условиях развитого кипения в свободной конвекции; а„, — коэффициент теплоотдачи при однофазной конвекции при заданных условиях. для воды и Ряда других веществ пко 2. Пример. Рассчита~ь коэффициент теплоотдачи при кипении воды, текущей в трубе с внутренним диаметром ()=0,02 м со скоростью (/'=1 м/с; плотность теплового потока 4=10' Вт/м', влиянием паросодержания потока можно пренебречь; температура насыщения в рассматриваемом сечении трубы Т«=388 К, чему соответствует давление насыщения р"=1,69.10' Па.
Физические свойстаа: р'=947 кг/м'; с'р =4,238 1О' Дж/(кг.К); Л'= =0,679 Вт/(м К); ч'=2,565 1О-' м'/с; Рг'=1,52; п=0,056 Н/м; г=2,216Х Х10' Дж/кг; р«=0964 кг/м'. Коэффициент теплоотдачи для некипящей воды можно рассчитать по формуле (7.3.4): / С/'В Лз з 0,679, 1,0 02 Хе,з «ко« =0 023 — Рг' ' ( — ) = 0 023 ', ! 52«,« ~ () э' 0,02 2,56 10 = 7575 Вт/(мз К). Коэффициент теплаотдачи при развитом пузырьковом кипении определяем из формулы (12.5.12), подставляя в нее )т)н, =аб /Л, К=та/(с,д). Имеем: Л' ' г« «=337!0 э б ( ) М ая ( ел ч откуда а — [3,37' 10 з ( — ) М 4] с„,К = 1/ 0,056 2 456 РΠ— з м; Г 9,81 (947 — 0,964) 9,81 0,056 0,964з Мч= = 1,89 1О (947 — 0,964)(1,69 10з)з 0,679 4,238 10з 10ь 2,456 10 з ~ 2,2!6.10з 1 1г/3 = !2168 Вт,'(мз К).
1,89 1О По формуле (!2.7.7) при л=2 а= (7575'+12!68') и'=14333 Вт/(м'К). Вычисляем 204 Кипение на поверхности нагрева, погруженной в большой объем жидкости со средней температурой (Т ') (Т", возникает, когда перегрев /«Т=Т„ — Т" принимает значение, достаточное для включения виртуальных центров парообразовання. Материал и состояние поверхности нагревателя (стенки) влияет, ао-первых, через число виртуальных центров парообразования (т, е, через качество обработки поверхности, размеры и спектр микровпадин, степень их предварительного газонасыщения); во-вторых, через взаимодействие локальных тем. иератур и тепловых потоков в пристенных слоях текучей среды и твердой стенке, вызванных локальной нестационарностью процессов парообразования и турбулентных переносов теплоты. Первое влияние количественными реко- мендациями оценить практически невозможяо. Тут надо мириться с имеющимися в экспериментальных данных расхождениями по абсолютным значениям коэффициента пропорциональности при у или четко оговаривать материал и технологию подготовки поверхности нагрева.
Второе влияние в основном характеризуется соотношением коэффициентов тепловосприимчивости жидкости и стенки ест РстЛ«т ) !~З л=[ с'р'Л' (!2.7.8) а также глубиной проникновения тепловых пульсаций в материал нагревателя. Так, по данным А. К. Гордона и В. В. Ягова в первом приближении а-Л", а по данным В.
А. Григорьева, Ю, М. Павлова и Е. В. Аметистова [12.3) эта зависимость еще сильнее Для применения в общетехнических расчетах этот вопрос в количественном отношении еще недостаточно изучен. 12.8. ТЕЧЕНИЯ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ТРУБАХ Основная особенность течения газожидкостной смеси заключается в по. явлении специфических характеристик объемного газосодержания — истинного ф и расходного 8 — и массового к. !'азосодержание сильно влияет на структуру н все термогидродинамические характеристики потока, При ламинарном течении жидкости (Ке'=Р'»Р/ч'(2000) даже поболь. шое газосодержание сильно увеличивает гидродинамическое сопротивление (рис.
12.8). При турбулентном течении жидкости (Ве')2000) влияние газосодержания на изменение давления можно формально опнсать выражением ддтп Ьрсм см 01см / хАР Рз з / — [+б — „), дх 2 Р 2р'Р р" (12.8.1) Ар„Г Ар„»(! — ф)™, (12.8.2) »» з где Арт а = — — — гидродинамичесиое сопротивление при [) = О. 2р' Для кольцевого ламинарного течения жидкости с гладкой границей раздела фаз теоретическое значение л=2 [!2 9), 205 где 1мм — массовая скорость смеси, кг/(и'с); индекс «тр» означает, что рассматриваемая часть изменения статического давления происходит вследствие трения потока о стенку канала; ф — коэффициент структуры потока. В квазигомогенном приближении, когда скольжение фаз отсутствует, ф=з= 1 и Это приближение может использоваться при расчетах, пе требующих большой точности.
Более точной является зависимость А. А. Арманда гг, ог уст г Г,.у 4 ле' Рис. 12.8. Зависимость Ь от числа Рейнольдса жидкости с равномерно распределенными мелкими газовыми пузырьками (()=0,1) разных радиусов Я при ее восходящем движении в вертикальной трубе: д à — олаофаапый поток (ламиааркый к турбулентный режимы); Л, мм: ° — Е,ей; О— о,гй, ~г-о,йе; гт-о,зб; (ф-о,е (уе т = () Рг» (0,35+ 1,2ргмй)-'; Ггсм ==. (12,8,3) см ' ' см см— По экспериментальным данным Мартинелли и др., обобщенным Кутателадзе, при ламинарном течении жидкости перепад давления описывается формулой 32р ио' 7- )!е' <2000: Лр.= (1+ 0,1В ~ ), )!е' () (12.8.4) где В=0(1 — ())-'(р"Ке') ыа.
Для более точных расчетов следует пользоваться нормативными материалами и специальными справочниками (12.2, 12.4, 12.8!. На рис. !2.9 приведена номограмма для определения коэффициента ф в формуле (12.8.1) при турбулентном течении пароводяной смеси в круглой трубе 112.2]. Теплоотдача при течении газожидкостной смеси без фазовых переходов рассчитывается по формуле (7.3.1) при подстановке в нее д ~/'г !см 1~~(1 ! фх АР ) (12.8.5) Кризисы течения газожидкостных смесей в вертикальных трубах связаны с переходами от одной отчетливо сформированной структуры к другой, 206 Для турбулентных течений по А.
А. Арманду и Е. И. Невструевой при ар<0,5 л=1,2; при гр)0,5 п=!,9Ь2,5ра; при турбулентном течении жидкости и 8<0,9 по Тейлору — Никлину 15 гг а г Л 7' Еl,' и/с Рис. 12.9. Структурный коэффициент, учитываюший отклонение реального те- чения от квазигомогенного, для пароводяной смеси в круглой трубе Газ Оерх 1.9 К г -г 191Гр 7 0 -у -г —.у -р -~ -у -о -у -г -г 17 .„7,= —, 1.9чгг лтадлослтл ствтсз тугийлоггло бре~х г ьз л гцз йииз Рис. 12,10, Диаграмма режимов течения вертикального двухфазного потока: 1 — устойчивый пленочный; 11 — снарядно-пузырьковый; 1П вЂ” пенаабразный; 1У вЂ” ди.
сперсно-кольцевой 1иеустоячнвая пленка на стенке, капли в ядре потока); 1 — процесс вахлебываввя; я — опрокидывания; 8 — разрушение снарядов; а — разрыв жидких перемычек между снарядами или пузырямн а ядре потока; а — срыв панель с поверхности оленки; 6 — Рг'=1; 7 — Х=ЗЛ происходящими в относительно узком интервале изменений скоростей течения и концентраций компонентов. На рис. 12.10 приведена карта режимов для течения газожидкостных смесей в круглых вертикальных трубах по Ю.
Л. Сорокину. На этой диаграмме критерий устойчивости структуры определен по критичесному значению приведенной скорости газа (пара) ~Окр 1 Р' 11 = ~ай ° а число Фруда записано в форме, харантеризующей соотношение динамиче- (12.8.6) 207 й .Я Ф~ 8— ~ м $. М о 3 ж Ф СО о а $ ьч~+ Ф 208 94 9,,7 9,2 91 7 4 5976979« г 5 О 557 9ОГ + 5 Е 7 д 9 79 17о,мм,при р44гтпц Ю Ф 5 Б 7 д 9 57п, ми г пРп Р = 75,5 та Рис. 12.12. Зависимость коэффициента !. от 0«и диаметра труб для парово- дяной смеси при двух значениях давления ских напоров жидкой фазы и единично~о газового снаряда (крупного пузыря), размер которого выбран в лачестве собственного масштаба газожидкостных потоков в трубе.
р и,"~П„ р о (!2.8.7) йбр0, 3 где 1, = — ь! ч — коэффициент гидродинамического сопротивления газового 4 снаряда; ) — функция величины По=0о/б, характеризующей отношение диаметра газового снаряда 0м практически равного внутреннему диаметру трубы, к капиллярной постоянной.
Графики для определения ь. и ( даны на рис. !2.11 и !2.12. Практически можно пользоваться формулами: )(е' ( !5, ч« = 31!Йе', йе' > !5, с„ — 2,0; (12.8.8) 2 ( 0е ( 5 1« = (0,52 1п 0« — 0 36] з' 0« > 5 (« = 4 2. При 0,=2 газовый снаряд стоит в трубе неподвижно, При встречном движении жидкости и газа может возникать кризис «захлебыаанияъ, заканчивающийся опрокидыванием циркуляции жидкости, т.
е. изменением направления ее течения. Для тонких пленок жидкости такое явление описано в прелыдуп!ей главе. Это явление определяет, например, предельные нагрузки пленочных сепараторов влаги, химических реакторов с на- 14-6637 209 садками и других аппаратов. По данным Ю. Л. Сорокина обращение течения пленки жидкости, подаваемой в верхнюю часть вертикальной трубы, происходит при 1«=3,2. По этим же данным, обобщающим большой экспериментальный материал ряда исследователей (Уоллис, Файна, Сорокин — Кирдяшкин — Покусаев, Хьюитт и др.), ивление «захлебыаанияо в вертикальной трубе с верхней подачей жидкости и встречным движением (снизу вверх) газа возникает при (12.8.9) 9=3,2(! — Гг'").
При подаче жидкости через острую кромку л=0,06; при плавной подаче жидкости (порнстая вставка, конический патрубок с закругленными кромками) и ж О 07+ 0 0045 1п Аг.. 12.9. КИПЕНИЕ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ТРУБАХ При кипении жидкости, текущей внутри трубы, в общем случае имеются три характерные зоны. Зона лодогргва, находящаяся между входным сечением трубы (х=б), где жидкость имеет температуру То, и сечением, в котором температура стенки трубы достигает температуры насыщения Т"г(х=(н), соответствующей давлению в этом месте. Расчетные формулы (0,5<Рг<10): о«з! ртС Ро 2 ~)1 р (12.9.!) — (Т То) 10,4Рго,о)!е' ' 0 44 Зона насыщения, в которой жидкость подогревается до энтальпии насыщения.
Расчетные формулы; ч)си((о ~т) Ео ср)«и ро.— рт,, — (Тз — То) (12.9.2) 2р')З ' В 44 Зона развитого кипения Е>йо, для которой справедливы общепринятые формулы для расчета кипенья, В этих формулах д — средняя плотность теплового потока на данном участке трубы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
