Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 27
Текст из файла (страница 27)
о-еа ннм;мех.,сер, С, М 3, 80 (1961). 2. Кэйс В.М., Конвективный тепло- и массообмен, изд-во "Энергия", М., 1972. 3. МйейЬпгдг К., ААЕ Тгппв1ейоп, Но. Е-Т$919-КЕ, Аи(р 1946. 4. БеЬпп К.А., Невг ггвпв(ег впд еНесйиепевв (ог и гигЬи!епг Ьоипдвгу 1вуег ийгЬ гвпнепйв! Кий (п(есг(оп, АКМЕ ~онгпа! ог' Неаг Тгппв(ег, рр.303-312 (19бО). ГЛАВА 7.
КИПЕНИЕ, КОНДЕНСАЦИЯ И ОБЛАСТИ ТЕПЛООБМЕНА ВВЕДЕНИЕ Не будет преувеличением сказать, что в 1934 г. кипение было основным процессом, обеспечивающим получение движущей силы во всем мире. Для производства электроэнергии и для перевозки пасса.- жиров и грузов по суше и морю использовался в основном процесс кипения. Однако о самом кипении в 1934 г. было известно еще очень мало.
Так, например, еще не знали, что функция 4МТ1 для котлов имеет максимум и минимум. Как известно, Нукияма [Ц в 1934 г. первым обнаружил максимум и минимум на так называемой кривой кипения в большом объеме — и это важное открытие было сделано более чем через 100 лег после изобретения парового двигателя, выявиншего огромное практическое значение процесса кипения. Совершенство конструкций теплообменных установок в мировом масштабе при слабо изученном процессе кипения следует отнести к достижениям инженерного искусства. Сочетание науки и искусства всегда развивало технику и практически никогда невозможно установить, где кончается наука и где начинается искусстно.
Поэтому часто мы рассматриваем установку как свидетельство высокого уровня развитии технических наук, хотя в действительности это, главным образом, результат инженерного искусства — прогресса, достигнутого в процессе многих лет проб и ошибок, подкрепленных точными расчетами. С позиций 1973 г. можно увидеть, что в вопросах кипения инженерное искусство в 1934 г. на десятилетия опережало технические науки, и можно заметить, что такое положение существовало уже с момента изобретения парового двигателя. Работа Нукиямы положила начало действительному пониманию процесса кипения и привела к осознанию того факта, что данные по кипению в большом объеме и данные по конденсации лучше всего сравнивать в виде 41д Т1.
Но это не привело к выводу о том, что соотношения для расчета кипения и конденсации также должны быть Кнненне, конденсация н облаенн ненлообмена 147 представлены в форме 41 ЬТ1, что правильной формой выражений для проектирования и расчета теплообменных установок с конденсацией и испарением является зависимость вида д1 Ь Т1 и что для описания процессов испарения или конденсации не нужны коэффициенты тепло- отдачи Ь. В этой главе мы рассматриваем кипение, конденсацию и области теплообмена с позиций новой теории теплопередачи, оперируя функцией 4МТ1и полностью избегая коэффициентов теплоотдачи.
Важно отметить, что мы не просто обсуждаем и сравниваем экспериментальные данные — мы пытаемся представить процессы кипения и конденсации в виде зависимостей 41а Т1 поскольку именно такие зависимости требуются в новой теплопередаче для проектирования и расчета оборудования,подобно тому как в старой теплопередаче для этих целей без сомнения нужны коэффициенты теплоотдачи Ь| Ь Т1. ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ КИПЕНИЯ В БОЛЬШОМ ОБЪЕМЕ. СТАРЫЙ МЕТОД Вслед за важным открытием Нукиямы максимумов и минимумов на кривой кипения в большом объеме многие исследователи повторили его эксперимент и получили аналогичные результаты. Примером может служить эксперимент Фарбера и Скораха ~ 21, выполненный более чем через 10 лет.
Их вариант "кривой кипения" в котле приведен на фиг. 7.1. (Отметим, что эта кривая, опубликованная в 1948 г., построена в виде Ь! Ь Т !.) Фарбер и Скорах сделали сообщение о своих результатах в 1947 г. на заседании Американского общества инжь нерон-механиков, причем они представили большое количество экспериментальных "кривых кипения", аналогичных приведенной на фиг. 7.1, т.е. в виде зависимостей 1и Ь 1! 9 ЬТ1. На этом заседании Мак-Адамс следующим образом высказался относительно формы пред- ставления данных Фарбером и Скорахом: "Учитывая интерес к исследованиям в этой области, надо надеяться, что авторы опубликуют оригинальные данные, а не только графики зависимостей коэффициентов теплоотдачи от разности температур.
Трудно с достаточной точностью определить значения этих величин, взятые с графиков в логарифмических координатах... Чтобы избежать любых возможных ошибок по оси абсцисс, возникающих из-за вероятности ошибок при измерении темпера- Глава у 1зл Фиг. 7.1. Криваи кипения Фарбера и Скораха 12), 1 — чнсиал конвекннл с искореняем на свободной новерхносин; 3— конденсаинл нузмрей в ясндкосиа; 3 — роси нузырей; 4 — нузыръковое н нленочное княенке; 5 — усиойчнвое нленочное княенне; б — замов. ный вклад ивнлообмена излучением.
тур, было бы надежнее строить графики зависимости плотности теплового потока от температуры, а не коэффициента теплоотдачи от температуры". Таким образом, замечание Мак-Адамса о том, что дМ Т1 предпочтительнее 51 дТ1, не имеет ничего общего с проектированием или расчетом установок — оно следует из того факта, что представление данных в виде дЬ Т1 позноляет избежать любых возможных ошибок по оси абсцисс.
"Кривая кипения" Фарбера и Скораха, представленная на фиг. 7.1, приведена во многих американских учебниках по теплообмену. Например, Крейц ~31 воспроизводит ее на стр. 400, Розенау Я вЂ” на стр.87, Хольман [51 — на стр. 305. (Крейц и Розенау преобразовали кривую кипения Фарбера и Скораха, заменив й на д, возможно, в ответ на замечание Мак Адамса. Однако оба они не внесли соответствующих поправок в укаэанные кривые. Эти поправки обусловлены тем фактом, что максимумы и минимумы д и й соответствуют различным значениям ьТ.) Княенае, коядлисаяил и облавна веялообмена 149 Важно отметить, что кривая кипения в большом объеме получена в старой теории теплопередачи чисто феноменологическим путем, т,е.
"кривая кипения" не строго определена, а просто построена на основании результатов измерений в виде 5[пТ[, как на фиг. 7.1 или в преобразованном виде у[с Т[. Таким образом, мы приходим к неправильному результату, заключающемуся в том, что "кривая кипения" охвш тывает область, где не происходит кипения, т.е. область, в которой перенос тепла осуществляется без пузырей, в которой нет двух равномерно перемешанных фаз. На кривой кипения, представленной Фарбером и Скорахом [21, Крейцем [31, Розенау [41 и Хольманом [51, слова "Кривая кипения" приходятся как раз па ту область кривой, в которой кипение отсутствует.
Точио так же на фиг. 7.1 слова "Кривая кипения" приходятся па область, где в действительности теплообмен осуществляется чистой конвекцией и пузырей в жидкости нет, т.е. кипение отсутствует. 4[в Т[ В ОБЛАСТИ ПУЗЫРЬКОВОГО КИПЕНИЯ. СТАРЫЙ МЕТОД Кривая, изображенная на фиг. 7.1, была предназначена для описания в целом процесса кипения в большом объеме, а не для установления функциональных связей в пределах каждой области. Теперь рассмотрим характер изменения 4[с Т [ в области, называемой в старой теории пузырьковым кипением.
Область пузырькового кипения распологается между областью, где кипение отсутствует, и максимумом на кривой, т.е. она начинается за областью свободной копвекции с испарением па свободной поверхности и продолжается до максимума на кривой 4[сТ[. Относительно этой области кипения Мак-Адамс [6, стр. 510] пишет: "... в области развитого пузырчатого кипения... результаты, полученные многими исследователями, могут быть выражены следующей зависимостью: ( 14.1) 4 =а,Ьт", где в — постоянная, меняющаяся от 3 до 4..." Крейц [71 на стр. 502 утверждает: "Розенау [81 на основе экспериментальных данных преобразовал Глава Т 150 выражение "ьВь аь = т(йаь) ч (Рт ) Л1 (10.1) (и получил) — = С,!(оl р,ЛТ ) ' (л,аlл(р р ц)а ни > (10.2) Соотношение (10.2) часто приводится в литературе и известно как соотношение Розенау для пузырькового кипения; оно указывает, что д.
д Те. Крейц [7, стр. 506) приводит таблицу, в которой представлены значения С,Т для различных жидкостей и типов поверхностей, и показывает, что показатель степени при о Т для указанных жидкостей и типов понерхностей равен 3. Относительно пузырькового кипения Хольман [5, стр. 312) пишет следующее: "(Для воды) Леви [22] рекомендует соотношение'> д = 0,00202 р'ее(дТ„)' (9.19Ъ) 100 < р < 2000 ра>а", (6,9'10' < р < 13,6'10в Н/ме).
В работе Розенау [9, стр. 13 — 27) говорится: "На фиг. 23 представлены суммарные данные по пузырьковому кипению для различных органических жидкостей и типов поверхностей [10)" ° Из фиг. 23 следует, что эти данные, которые анализировались с помощью метода статистической регрессии, лучше всего описываются выражением'> дТ - 11 46 (0 01, )о,лез из которого следует, что в ° ьТ"'. В втой же работе на стр. 13 — 17 сообщается '> Здесь пТ», по-видимому, выражена в 'Р, д в ВТ()Л>ейл, а рв ра(а.
— Прим. верее. Кипение, яоидеисаяил и облясии иеялообмеиа 151 "Хотя наклон кривой близок преимущественно к 3 (имеется в виду наклон д)д Т( в логарифмических координатах, т.е. показатель степени при Ь Т), тем не менее имеются данные, согласно которым наклоны достигают значений от 1 ... и почти до 25 ..." В результате за последние З) — 30 лет стало общепризнанным, что при пузырьковом кипении в большом объеме др (7.1) где я — постоянная, заключенная в интервале значений от 3 до 4, хо- тя некоторые ее значения выходят за пределы этого интервала 4( ь Т) В ОБЛАСТИ ПЕРЕХОДНОГО КИПЕНИЯ. СТАРЫЙ МЕТОД Областью переходного кипения обычно считается область, расположенная между максимумом и минимумом кривой 4( с Т).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
