Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Коэффициент теплоотдачн заметно снижается (для воды прн р=2 !Оз Пз в 4 — 5 раз по сравнению с атмосферным давлением). В [63) предложено соотнонтение для расчета козффигщента тсплоотдачи з области низких давлений, а также показано, что нанесение нз поверхность нагрева дискретных гндрофобиых покрытий (медно- капроновая сет:«а, фторопластовая перфорирозаннаи пленка и др.) позволяет стабилизировать вакуумное кипение и существенно (в 2 — 3 раза) пнтснскфнцировать тсплоотдачу.
Рекомендации по расче~у теплоотдачи пр4. пузырьковом юшенни криогенных жалкостей (азот, кислород, водород н др.) приведены в [61), гелия — в $3.4, жидких металлов — в [981. Переходиь4й режим. Этот резким кипения, отличаюшгд1сь наиболее сложным иехаш:змом переда.и теплоты, изучен сравнительно мате. что затрудняет созданке надежной те 4рнз. Из интенсивность процесса влияют различные факторы: физические свойства ркизкостп и материала грею'цей стенки, фор»4а п ориентация позерхноста нагрева, ее шероховатость н да.
Особенно существенным оказыиастся злнщ4пе малотеплопроводных покрытий поверхности нагрева, вызывающих увелнче4шс коэффпщь е ы а тепло от да и. В [61) предлолсено ампир.щсскос обобще.п:е всех пзвестных к настоящему времени данных по теплоотдаче в перехолиаг режиме, полученных как в стационарных усЛавцась таК 4.
В тСЛОЗНЯХ НЕСтаЦНОГаРВОГО охлз;кдения с различнь4мн скорастямп. В завпсимост,4 от значения Чкрз (2.!31) «47каз аТкр. вы-елены трн характерных положеш4я крагой кипения Ч(йТ! в переходном режи:«е: при )У4<2 !0-4 У = х — О !а!и 2пхз пРп 2 1О-'<ЯГ<2 1О ' У = 1 — (1 — х) "; (2,132б) прн Яу)2.10 — 4 У = х (У вЂ” х), (2.132в) где 18 (Ч)Чкрз) у = 18 (Чьртг Чьрз) (2.133) 18(67к„У57) 1Я (57крз(67кр,> Для стационарных условий средняя скорость изменения температуры понерхности дТ,(дт охлзждаемого тела равна нулю и процесс описывается уравнением (2.132з), дчя нестационарных условвй значение дТ«)дт з (2.13! ! определяется знз 4ением чис.га В4 = Чкат Чказ Х бтк — бтк, Л 16 (бт„п„(67„р,) Х 16 (Чкр4 4 444рз) так, что прн В(< 1 ВУс/дт = 4)4: прн 1<В!<100 (2.!34) (2.135а) д7«(де = гИ ~1+ 0,25~ — ~ [В) 1)(.
$ !(л,,), ! (2.135б) при В(> 100 — =л( ~1 + 25 ~ ж ~ ~, (2 135в) Б (2.131) — (2.!35) приняты следующие ооозна .ения: и(Чкр4/Чкра) Х 16(67„„~57„„) ) М~13 ' ! х ' ' ",; (2.!36) Ч„„(1 — 57кнк!14Т„р ) (ре) р )' — коэффициент теплопроводностн, с— удельная теплоемкость, р — плотность, г— теплота парообразоваиия; У вЂ” обьем тела; У вЂ” площадь поверхности, на которой про. исходит кипение; индексы «ж» и «т» относятся к жидкости и материалу твердого тела. Тсплофнзические свойства жидкости определяются по температуре насыщения Т„ свойства материала твердого тела — по тем- 1 пературе Т, + — (6Т«р,+ЬТ„»), Значения 2 первой н иторой критических плотностей теплового потока Чкр4 и Ч рь а также соответствующих им температурных напоров ЛТ~р4 и бТю, либо находятся из эксперимента, либо, если это нозможно, рассчитываются на основе рекомендацвй, проведенных ниже.
При расчете переходного режима кипения на поверхностях, покрытых слоем малотеплопроводного материала, величина ()гор), в формулах (2,131), (2.!356), (2.135в) представляет собой теплофнзическне свойства материала покрытия, а )4, в (2.135) и (рс), в (2.136) — свойства материала подложки. Пленочный режим.
Интенсивность теплоотдачп определяется конвектнвным, а прн больших температурных напорах ЬТ= Равд. 2 Основвг галло- и массообмена 182 где а! ч~п! = —; йп 2!' Р р Па = — Х чп ап рп х( — + — ); а Е = 2п 2 (Рж — Рп) таблица 2.28 Значения С и и в соотношении (2.137) для различных поверхиостей нагрева Определяюо щая темпеРа тура Форма я орвохтааяя по»ерххоств мегре»а х( — ') 1 3 Вертикальная поверхпость [64[ 1 4 ~ (т,+т ) Пзг(10» [65] Горизонтальная плоская поверх- яость Па!>10т [66] Боковая поверхность горизонтальио расположенной круглой трубы диаметром ]) ~ т,-[-т ) 0,59+0,069— [67] Па!( — ) ( <6 10» ! 4 [68] Сферическая поверхность диаметром ]7 Па!( — ) > >6.
!О' ! 3 О,!5 =Т,— Т, и лучистым переносом теплоты через паровую пленку, отделяющую поверхность нагрева от жидкости. В свою очередь, характер движения пленки зависит от формы и ориентации поверхности нагрева, физических свойств жидкости и пара. Заметная интенсификация теплоотдачи может наблюдаться при нанесении на поверхность нагрева малотеплопроводных н пористых покрытий, Расчетное соотношение для теплоотдачи при пленочном кипении воды, органических н криогенных жидкостей на металлических поверхностях имеет вид: !4п = Снап! а — коэффициент теплоотдачи; Ъ вЂ” коэффициент теплопроводиости; ч — кинематическая вязкость, а — коэффициент температуропроводиости, м»(с; р — плотность; с»в удельная теплоемкостги г — теплота пара. образования; ЬТ Т,— Т;, я — ускорение свободного падения; а — коэффициент поверхностного натяжения; индексы «ж» и «и» относятся к жидкости н пару.
В табл. 2.28 приведены значения С и а для различных форм поверхности иагрева, а также указана температура, по которой определяются физические свойства жидкости и пара. Теплоотдача на плоских горизонтальных поверхностях, у которых хотя бы один из размеров меньше или примерно равен 1, оказывается выше, чем это следует иэ соотношения (2.137) с значениями С и и нз табл, 2.28. По даипым [61], для горизонтальных поверхностей, имеющих форму круга диаметром а' или длинной полосы шириной б, теплоотдача интенсифицируется при уменьшении 8 в области 8~3,6!.
Это увеличение коэффициента теплоотдачи можно учесть, умножая рассчитанное по (2.137) значение а яа 3,6(![б). Первый кризис. Величина 4«ю зависит в основном от физических свойств жидко. сти, плотности ее пара, ускорения свободного падения, формы и ориентации поверхности нагрева. Кроме того, определенное влияние оказывают условия смачиваемостн, шероховатость н материал поверхности нагрева.
Г[ервый кризис кипения отличается статистической природой — даже при т|цательно контролируемых условиях эксперис мента разброс значений а„~ достигает ш 157». Рззд. 2 Основы г«нло- и яассаоо.иена 184 г„, >г т,д 329 454 353 499 373 573 342 455 37! 488 309 420 351 463 337 468 307 417 Ацетон Бензол Вода . Гексан Гептан Пентан Спирт метиловый Спирт этиловый . Эфир дизтиловый Зная значение АТ«рз, можно рассчитать и соответствующее значение д,р, по уравнению (2.!37).
В действительности АТ«р, зази. ит не только от свойств жидкости, как это пред-' сказывает формула (2.147), но и от теплофизических свойств материала поверхности нагрева — положение второго кризиса сдвигается в область более высоких температурных напоров при уменьшении коэффициента теплоусвоения 1' Лср материала поверхности нагрева. Более точный анализ в рамках термодивамической теории позволяет учесть эту зависимость, тогда как гидродинамический подход оказывается несостоятельным. В [60] предложе- б) для горизонтальной цилиндрической носьрхиоств, диаметр Т> которой удовлетворяет условию 0 «ъ — ~ — ~, [75] й (рж — ри) гря 1 рж — рп Т> 1 + ° ' 1 "з Х (р +рп)з)2« ] Х ~ й'(Рж н) ' ~ ' (2 146) о ь>з] В соотношениях (2.145) и (2.146) г— теплота парообразования; ры н рь — плотности жидкости и 'пара; й — ускорение свободного падения; о — коэффициент поверхностного натяжения.
Значение температурного напора в момент кризиса ЬТ„.»з можно найти, подставляя величину д«ю=ы«р» аТ«рз в уравнение (2.137), описывающее теплоотдачу при пленочном режиме. С точки зрения теряодинилическога подхода положение второго кризиса определяется температурой предельного перегрева жидкости Т,р, Контакт жидкости с поверхностью нагрева, имеющей температуру Т„возмо>кен лишь тогда, когда Ть( <>ьр.
Поэтому пленочное кипение прекращается при температурном напоре бти — - С (Т вЂ” Т,), (2.147) где коэффициент пропорциональности С обычно составляет 0,8 — 1,0 [24]. Значения Т,р для некоторых жидкостей при атмосферном давлении приведены ниже [76]: Жидкость но соотношение, описывающее с точностью ~30' данные по ЬТ,рр для азота, фреонов, воды и этилового спирта, кипящях на поверхностях из различных материалов: = 0,165+ 2,5 ~ ҄Р— Т, ' ' [(Лср)т ] (Лср) ж + (л р), Это соотношение справедливо при (Лср)ж([(Лср)т] = 10 ' 1; р/рьр — — 0»02: 0,63.
(2.149) В (2.148) в (2.149) Т«р, ргр — температура и давление в критическон точке (ве путать с координатами кризисов кипения)); Л вЂ” коэффициент теплопроводностн; с— удельная теплоемкастгя р — плотность: индексы «ж» и «т» относятся к жидкости и материалу понерхности нагрева (еслп на поверхность нанесено покрытие, та индекс «т» относится к чатериалу покрытия), злая. кипение при вынужденном ТЕЧЕИИИ В ТРУБАХ Режимы течения. Структура двухфазного потока, возникающего при кипении в условиях вынужденного течения в трубе, определяется многими факторамн— теплофизическпми свойствами жидкости и пара (давлением), дйаметром и длиной трубы, тепловой нагрузкой, скоростью течения и пр.
В практике чаше других встречаются следующие режимы течения (см. рис. 1.98); 1) пузь>рьновь>й, когда пузыри, растущие на стенке трубы, смываются и уносятся патокам жидкости. Этот режим близок по своему характеру к пузырьковому кипению в большом объеме; 2) снарядный, развивающийся при слиянии отдельных пузырей пара н образовании заполняющих все поперечное сечение паровых пробок — «снарядов», разделенных прослойками жидкости; 3) дисперсно-кольцевой, при котором по стенке трубы движется жидкая пленка, а центральная часть трубы занята потоком пара с каплями жидкасю>; 4) расслоенный, наблюдающийся в горизонтальных трубах при малых скоростях течения и отличающийся крайней яеравномсрностыа теплоаотдачи по периметру трубы. В достаточно длвнной трубе могут одновременно .
сосуществовать иа разных участках несколько режимов течения, в результате чего теплоотдача по длине трубы заметно изменяется. Подробнее о режимах течения двухфазного потока и расчете его паросодержания см ф !.15, Резкое ухудшение теплоотдачи наблюдается в двух случаях: 1) при образовании сплошной плевки пара, оттесняющей жидкость от стенки $2.! 0 Теилообжеи при кипении жидкостей трубы Это явлеш;с, называемое с литературе кризисом теплаоблгени вериг,а рода, в известной мере аналогично перв му кризису ьппешш в большом объеме. Однако в данном случае критическая плотность теплового потока и«р помимо свойств жидкости и степени ее недогрева до температуры насыщешгя зависит и от диамегра трубы, массовых скорости и паросодсржанггя; 2) при польсщ высыхании пристенной пленки жидкое.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
