Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Значения С, и и е приведены в табл. 2.27. Физические свойства )„т, а, 8 в (2.125) выбираются при температуре То=05(То+ +Т 1. Расчет теплоотдачи вертикальных труб и пластин при значениях ОгРг) 1О' производится отдельно для начального участив высотой Нкм занятого ламинариым пограничным слоем, и для участка Н вЂ” Нкм занятого турбулентным пограничным слоем. Значение Н„, определяется из условия ЯЬТН Ог Рг .= = 1Оо. та Основы тепло- и миссообмени Равд.
2 178 Таблица 2.27 Значения С, и и а в уравнении (2.!25) Условия тепиоотяечи 0,8 1+ 1+— 1/4 1/3 0,15 1/8 1/4 1,18 0,5 " По !32!. Среднее по высоте значение коэффициента теплоотдачи Нир Ии а = ал — + ат !! — — ~. (2.126) н '( н где ие и ат — средние коэффициенты тепло- отдачи на участках ламинарного и турбулентного пограничных слоев; Н вЂ” полная высота пластины или длина трубы. Средний коэффициент теплоотдачи го.
ризонтальной пластины можно определить как а„,=а„рь если теплообменная поверхность обращена вверх, и и„р — — 0,5а„п, если поиерхиость обращена вниз; здесь а „,— коэффициент теплоотдачи вертикальной пластины, определяемый по (2.125) при бгРг<10в. За определяющий размер при этом принимается меньшая сторона пластины. Теплоотдача в условиях свободной конвекции расплавленных металлов обобщается формулой [80) Хи = С бг" Ргив, (2.127) где гп = 0,3+ (0,02/Ргиз); С=0,52, п=0,25 при От=102 —:10в; С = 0,105, и = 1/3 при бг >!Ов.
В качестве определяющей принимается средняя температура пограничного слоя Т, 0,5 (Т,+То), а в качестве линейного размера — диаметр горизонтальной трубы или длина вертикальной трубы, степки. Теплоотдача при свободной конвекции в ограниченном объеме (в узких щелях, плоских и кольцевых зазорах и т.д.) может быть оценена приближенно по формуле !чц = О, 18 (бг Рг)о'за при бг Рг > 1000. (2.128) Вертикальная пластина и вертикальная труба: ламинарный пограничный слой бгРг=10' —; 10' турбулентный пограничный слой бгрг> 10' Горизонтальная труба; 10-'. бгРг< !Ов Гбв< бгРг < Гбв Физические свойства в (2.!28) выбираются при Тр — — 0,5(Т„+Т.з), где Тев, Т,в— температура стенок зазора, а за определяющий размер принимается ширина зазора 6.
При значениях бгРг<1000 передача теплоты от горячей стенки к холодной в прослойках осуществляется только теплопроводностью. Конвекция отсутствует также в горизонтальных щелях, если нагретая поверхность расположена сверху. КОНВЕКТИВНЫИ ТЕПЛООВМЕН ПРИ ИЗМЕНЕНИИ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ 2.10. ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТЕЙ 2.10.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Кипвнив — процесс образования пара внутри объема жидкости. Для его инициации всегда необходим некоторый перегрев жидкости, т. е. превышение температуры жидкости Гм над температурой насыщения Т, при заданном давлении р. Обычно теплота, требуемая для поддержания кипения, подводится к жидкости через твердую поверхность.
Поэтому температура слоев жидкости, расположенных вблизи этой поверхности, наиболее высокая. Кроме того, вероятность возникновения паровой фазы на твердой поверхности в местах, где имеются микровпадины и ухудшены условия смачиваемости, как правило, больше, чем в объеме жидкости 159), В результате кипение развивается в пристенных слоях жидкости. Этот вид кипения, называемый кипением ни твердой поверхности нагрвви, представляет наибольший интерес с практической точки зрения.
$2.10 Твплообмен при кипении жидкостей 179 2.10.2. кипение В БОльшОм ОБъеме Кипение на твердой поверхности в условиях свободного движения жидкости в неограниченном пространстве называют кипением в большом объеме. Этот процесс имеет несколько характерных, отличающихся механизмом передачи теплоты и, как следствие, интенсивностью режимов, развитие которых зависит от условий подвода теплоты к греющей стенке. Для случая, когда произвольно задается температура поверхности греющей стенки Т* (практически это условие реализуется, если для обогрева используется конденсация насыщенного пара подходящей температуры ма противоположной стороне стенки), зависимости плотности теплового потока д и коэффициента теплоотдачи а от температур- мого напора ЬТ Те — Т, приведены иа рис.
2.24;а. Собствемио кипение начинается только при ЬТ>ЬТнл, при меньших температурных напорах теплота с поверхности снимается путем свободной конвекции (см. 5 2.9). При ЬТ>ЬТ,. в отдельных точках поверхности возникают, растут, а затем отрываются паровые пузыри, развивается пузырьновьгй режим кипения.
Увеличение ЬТ приводит к интенсификации теплоотдачи так, что в среднем д- (ЬТ)', Рост д ограничен значением д,ю, достигаемым при ЬТ„Ь Величина дер| называется первой критической плотностью тепловоза потока. Дальнейшее увеличение ЬТ приводит к уменьшению д приблизительно по закону д (ЬТ)-'. Возникает переходный режим кипения, характерный образованием на твердой поверхности областей, непосредственно контактирующих с паром.
Теплоотдача все более ухудшается и, наконец, при ЬТ=ЬТ„ь когда вся поверхмость обволакивается сплошной пленкой пара, становится минимальной. Величину д„е, соответствующую этому моменту, называют второй критической плотностью теплового потока. В пленочном режиме кипения, наступающем при ЬТ>ЬТ,рь коэффициент теплоотдачи остается постоянным или слабо уменьшается с ростом ЬТ, при больших ЬТ возможна ггрг гтгрг 2грг улг ггрг Тьг а); г)тж л тгрг йтхрх евг ддгг дгрг Рис.
2,24. Кривые кипения в большом объеме. а — еедене температура степан Т ;  — задана с плотность теплового потока О не стенне. некоторая интенсификация теплообмена из. за перепаса теплоты через пленку пара излучением. В первом приближении для этого режима можно полагать д-ЬТ. В случае, когда к поверхности нагрева подводится фиксированный тепловой поток д (электрический обогрев, обогрев за счет теплоты, выделяющейся в результате ядерных превращений), характер зависимостей ЬТ(д) и ц(д) изменяется (рис. 2.24,б). Если постепенно увеличивать д от нулевого значения„ то вначале процесс развивается точно так же, как и при задании температуры стенки — при д<дь.
(ЬТ<ЬТ..н) наблюдается режим свободной конвекции, на смену которому при д>де. (ЬТ>ЬТ .е) приходит пузырьковый режим кипения, Однако, как только значение д хотя бы немного превысит значение д«рг, пузырьковый режим кипения сразу же сменяется пленочным, Этот переход, условно изображемный на рис. 2.24,б штриховой линией, носит кризисный характер — из-за резкого ухудшения тепло- отдачи и большого значения дерг температура стенки очень быстро повышается иа сотни градусов, что в реальных теплообмеииых устройствах может вызвать разрушение поверхности нагрева. Если после установления стационарного состояиияг при д=дею снижать тепловой поток, то пленочный режим сохраняется до значения день а затем происходит обратный переход к пузырьковому режиму, тоже носящий кризисный характер (рис.
2.24,б). Таким образом, при задании д полностью исключается переходный режим кипемия. Если кипение происходит в иестационарных условиях (закалка металла, процессы захолаживания в криогенной технике), то паложемие кривой д(ЬТ) зависит от скорости изменения температуры охлаждаемого объекта (стационарный процесс может рассматриваться как предельный случай исчезающе малой скорости). Приведенные ниже расчетные соотношения относятся к кипению в стационарных условиях, за исключением обобщения данных по переходному режиму, котороесправедливо для тех и других условий. О влиянии скорости охлаждения на интенсивность теплоотдачи при кипении и ма положение кризисов см.
в (60, 61). Начало кипения. Значения ЬТ,„н дн.н, при которых возникает пузырьковое кипение, зависят ог многих факторов (давлемия, свойств жидкости, шероховатости поверхности нагрева и др.). При ЬТ(ЬТ . (д( <д,) теплаотдача полностью определяется свободной копвекцией однофазиой жидкости (см. Е 2.9). Сами значения ЬТ, н д„„можно приближенно вычислить. исходя из равенства коэффициентов теплоотдачи при пузырьковом кипении (2.129) и при свободной конвекции. Для воды пои р= =102 Па ЬТ, 5 — гб К, д,=б 10г Вт/м'. Пузырьковый режим. Пузырьковый режим кипения отличается высокой интенсивностью теплоотдачи при сравнительно небольших температурных напорах (опытные данные по кипению воды приведены иа рис. 180 Основы тепло- и массооймена Равд.
2 лг//из л/ /70 з:. тд' л б Л7 гл' в б 2 г Рзрбрл, г Р ббур др С (гйг7Р' Л З б'бурк г а/ 7// лг/и х Рис. 2.25. Теплообмев при развитом пузырьковом кипении воды иа повеохпостп гори- зонтальной трубы О=б мм. а — зышсззост Ч от à — Г; б — зззиошост~ с от Ч. с 2.255 Теплоотдача не зависит ог уровня гравитационных сил, формы поверхности на. греза и ее размера, если он остается гораздо больше отрывного диаметра пузыря, который прп атмосферном и более высоких давлениях не превышает 1 — 2 мм.
С ростом давления р коэффициент теплоотдачп а увеличивается (рис. 2.25). Помимо давления, режимных параметров (задаваемое на поверхности нагрева значение Т, пли д), свойств >колкости на процесс заметное вли. янис оказывают материал и толщ,ва грею. щей стенки. а тагыке такие трудно контролируемые факторы, как условия смачиваемости на поверхности нагрева и ее мпкрошероховатость. Эффекты, обусловленные свойствами поверхности нагрева, обычно проявляются одновременно, что еще больше затрудняет нх. учет. По этой причине для опытных данных по теплоотдаче про пузырьковом кипении характерен значптель.
ный разброс. Средний уровень теплоотдачн в пузырьковом режиме кипения однокомпонентиых жидкостей в большом объеме можно оценить как (62) а = 0,075 ~1 + 10 ( ) 1 74 где рн и рз — плотности жвдкостп и пара; )з, т, а — свойства жидкости: коэффициент теплопроводности, кинеыатическая вязкость и поверхностное натяжение; Т.— температура насыщения. Все теплофизические свойства в (2.129) определяются по температуре насыщения Если задана температура поверхности нагрева Т„то для расчета по формуле (2.129) используется связь между ЬТ=Т,— Т, и д, устанавливаемая законом Ньютона — Рихмана о=-а/зТ Формула (2.129) справедлива в диапазоне изменения приведенного давления Р/Р з (Р:з — давление в критической точке) от 0,005 до 0,8 для воды, аммиака и органических жидкостей (спартов, фреонов, бензола, гептана, дяфенила).
Действительные значения могут отклоняться от рассчитанных по (2.!29) в пределах бз35% вследствие указанных выше причин. Для воды соотношение (2.129) можно представить в виде 3,4 (10Р) ' .,'3 (2 И0) 1-0,045р ~ где р — давление, МПа; с — плотность теплового потока, Вт/мз; а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м'К). В области нвзких давлений (для воды р<2.10' Па) кипение приобретает специфвческие черты (63] — возникают значительные перегревы жидкостн, работа центров парообразования отличается крайней нерегулярностью, процесс роста пароных пузырей, размеры которых в момент отрыва достигают 1Π— 100 мм, носит взрывообразный $2.10 Теплообмеи при пилении жидкосгеи 181 характер, Это приводит к значительным колебаниям температуры поверхности нагрева, к большим выбросам кипящей жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
