Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1062552), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Так, применение труб с кольцевыми канавками позволяет интенсифицировать теплоотдачу до 3,5 раз. Примерно к аналогичным результатам приводит применение проволочного оребрения. Вибрапия поверхности теплообмена интенсифицирует теплоотдачу при конденсации, а также может служить способом, предотвращающим загрязнение поверхности.
Принципиально возможно как организация искусственной вибрации на поверхности теплообмена, например, путем создания пульсаций давления охлаждающей жидкости, текущей внутри эллипсной трубки, так и регулирование в определенных пределах естественной вибрации. Однако при выборе этого способа интенсификации теплообмена следует учесть, что именно вибрация часто является причиной выхода из строя теплообменного аппарата.
Применение наклона поверхности конденсации часто позволяет интенсифипировать теплоотдачу. Так, наклонение трубного пучка по отношению к горизонту до 10в значительно уменьшает заливание нижележаших труб конденсатом. Прн этом выигрыш в теплоотцаче может составить 15...30 %. ч 111.2. Тецлообмеи при кипении жидкости 7111.3,1. Основные нонягвия Когда процессы теплообмена между жидкостью н поверхностью тела происходят прн температуре, близкой к температуре насыщения, они могут сопровождаться образованием паровой фазы — кипением жидкости. Процесс теплообмена при кипении является исключительно интенсивным и находит широкое применение в различных областях современной техники. Лля возникновения процесса кнпеняя необходимы, по краййей мере, два условия: температура жидкости должна превышать температуру насыщения и должны быть в наличии центры парообразования.
Кипение возможно в интервале температур от критической до тройной точки вещества. Различают кипение на поверхности и кипение в объеме жидкости. В первом случае, который и будет рассматриваться в дальнейшем, пузырьки пара зарождаются на поверхности теплообмена, где перегрев жидкости имеет наибольшее значение.
На рнс. УП1.16 показана полученная экспериментально типичная зависимость коэффипиента теплоотдачн от температурного напора при кипении жидкости в большом объеме. В области АВ перегрев жидкости вблизи поверхности недостаточен для образования активрп //е Рз нои паровой фазы, поэтому интенсивность теплоэат.у. Ц~ /! обмена определяется законе нинение номерностями теплоотданненочнее / кипение чи при естественной / ~ конвенции (см. гл. ЧП). /д' У/ ! / При значениях числа Ка = ОгРг к. 10з в соот/ее й / ветс твин с формулой (ЧП.44) коэффициент тел 1 l ! плоотдачн а Ы /4, В у области турбулентной конвенции, когда Ка > > 10з, а ° Ьг /з. В част- 1 ности, для воды при атмосферном давлении область АВ ограничена температурным напором Ы = 5о С и соответственно тепловой нагрузкой 9 = 5, 8 10З Вт/'мз. При дальнейшем увеличении тепловой нагрузки и температурного напора в отдельных углублениях на поверхности нагрева появляются растущие пузырьки пара, коэффициент теплоотдачи резко возрастает.
С ростом тепловой нагрузки и температурного напора увеличивается количество пентров парообразования на поверхности нагрева, что сопровождается возрастанием коэффициента теплоотдачи. Этой области значений Ы (участок ВС на рис. ЧП1.16) соответствует пузырьковое кипение. Ках показывает опыт, в области пузырькового кипения коэффициент Зл теплоотдачи а ° Ы . В частности, при кипении воды при атмосферном давлении эта область ограничивается значениями температурного напора от 5 до 25о С и величиной удельной тепловой нагрузки от 10з до 9 10з Вт/'мз; этом хозффипиент теплоотдачи может достичь значения 3 10о Вт/'(м~ К). В точке С наблюдается максимальное значение коэффициента теплоотдачи, соответствующее максимуму удельной тепловой нагрузки (точиа Р).
ме Рис. ЧШ.16. Характер изхевевиа е в а в фуввпвв температурного ва- пора при юшевии воды Анализ кинограмм пропесса пузырькового кипения в большом 9,яч/н объеме жидкости показывает, что " ЛРнеоне режим претерпевает несхолысо из- ятернн менений в зависимости от значе- нераа и а,ч о кеннете ния температурного напора.
Быо о ЙГнаете ли выделены следующие области: ериеее область существования отдель- о //ер ан ных пузырьков, первм дереходнэл Ъерелернан область, затем область, в которой пузырьки на поверхности на- йенаете грева сливаются в отдельные вреетФенейечн нуеыренне менные образования, напоминающие по своей форме грибы, и, наионец, вторм переходная область (рис ЧП1.17). Дальнейшее увеличение температурного напора приводит и резкому снижению коэффициента теплоотдачи.
Рис. УП1д7. Зависимость Визуальные наблюдения по- плотности теплового потоиязывают, что это явление связа- иа от техтературвого вано с образованием сплошной плен- поРа ии пара на поверхности теплообмена. Жидкость отделяется от поверхности пленкой пара, иоторый имеет значительно меньшую теплопроводность, что и является причиной уменьшения коэффициента теплоотдачи. Такой режим кипения называется пленочным. Переход от пузырькового режима кипения и пленочному (и наоборот) имеет большое практическое значение при выборе оптимальных температурных режимов работы теплообменных аппаратов.
Значения температурного напора, коэффициента теплоотдачи и удельной тепловой нагрузив, соответствующие моменту перехода пузырькового режяма в пленочный н обратно, принято называть критическими. Теплообмен в процессе пузырькового кипения является исилючительно интенсивным и позволяет отвести от поверхности гч нагрева значительные тепловые потоки прп относнтельно небольших перепадах температур между стенкой я жядкостыо.
На рнс. Ч1П.18 показана зависимость коэффициента теплоотдачп прн кяпеняя а Чя;чанг/(оо я) я жидкостя от удельной тео пловой нагрузки. Кривая йо о ОА соответствует режиму пузырькового кяпенпя, кряо 1~ вая БЯ вЂ” режиму пленочыоы ! го кнпенпя. Точка А опре- 1 '',! ! делает критические параме- Ч ! 1„ тры. Если тепловая нагруз- ка превышает критическую, 0 г ч ч ч м з'%'ЯФ" наблюдается резкий переход от пузырькового режима к Рис. Ч111.1в.
зависимость козф- пленочному, прычем теплофициеита теилоотлачк от плоь отдача уменьшается (ляняя кости тепаоаого пото*а иры кк- АГ). Однако возврат к режиму пузырькового кипения от пленочного проясходит прн значительно меньших тепловых нагрузках (точка Б ы линия БВ), т.е. опыты обнаруживают своеобразный гпстерезпс пря переходе от пленочного кнпеняя к пузырьковому.
Измененяе механызма (закономерностей) теплоотдачи в начале перехода от пузырькового кипения к пленочному ялн от пленочного кипения к пузырьковому называется кризисом чпеплоочпдечи прп кипении. Максимально возможная (прн данных условыях) плотность теплового потока при пузырьковом кипении называется первой критпической плочпносгпъю гпеплоеоео почпока. Если тепловой поток имеет плотность, превышающую значение первой критической, то чистая форма пузырькового кипения невозможна. Минимально возможная (при данных условиях) плотность теплового потока прн пленочном кипении называется егпорой кричпической плотпкостпъю тпеплоеого почпоке. Когда плотность теплового потока меньше второй критической, чистая форма пленочного кипения невозможна. Рассмотренные режямы теплообмена соответствуют условиям кипения насыщенной жидкости.
На практяке приходятся встречаться я с кяпеняем жидкости в случае, когда ее температура вне слоя, прилегающего к поверхностя нагрева, ниже температуры насыщения. Такой процесс называется кипением жядкостя с недогревом нлн поверхностным кнпеннем н чаше имеет место пря вынужденном течения жидкости в каналах.
Рассмотрям конвектявный теплообмен пря теченяы жидкости по цилиндрическому каналу, к стенкам которого подводится теплота. Иопустым, что температура жпдкостя гк значительно ниже температуры насыщения пры данном давления 1а. Пока температура стенкя ниже температуры насыщенны, процесс теплообмена оценивается уравнением подобия (см. гл. Ч1) вида а А/Л = С(юру/Чч) (пс„/Л)а. Отсюда Л 9 = аЫ = С вЂ” Нею Рг" Ы Ф где Ь| = 1~ — 1~. Начиная с некоторого превышения температуры стенки над температурой насыщенны на поверхности нагрева вознякает активная паровая фаза я начинается процесс кыпеныя.
Интенсивность переноса теплоты, т.е. козффыцнент теплоотдачп, резко возрастает. Зависимость теплового потока от перепада температур для рассматриваемых условий показана на рыс. ЧП1.19, а. Из приведенного графика видно, что перегрев стенки, необходимый для возникновения поверхностного кипения, возрастает с увеличением недогрева жидкости до температуры насыщения 1а, Аналяз зксперяментальных данных показывает, что прп возникновении поверхностного кипения решающее влняняе на янтенснвность теплообмена оказывает процесс кипения на, поверхности нагрева.
Этот вывод подтверждает рнс. ЧП1.19, 6, е, на котором приводится зависимость удельного теплового потока от степени перегрева стенки над температурой насыщения (гсг — гъ). Как видно яз графиков, недогрев жядкостя н скорость ее' движения по каналу не оказывают заметного влияния Ю ь ° О Ю Ю Ю ДР ЮГР Ю ЮР и РР РР РРРР 7Р/Ю и РР РР ВРРР ГРЮР ЛВ*В -РР,Ч РВ. В,т-с„,'Р РВ "В ВР,'С а У Р Рас. У111.19, Измеиевие плотвоста теплового потоке цри выаумдеваой копие|шва и извозив с ведогревом длв резлачиой степеиа велогреве жидкости вра атмосферном девлеаии (в), в функции от Ь1 ° (В) а при вывуясдеииой иоввекцаи в кипеази с ведогревом в 14'С див различных скоростей а атмосферного лавливал (а) на интенсивность теплообмена в области развитого поверхностного кипения.
На приведенных графиках не показана переходная область, где влияние на интенсивность теплообмена вынужденной конвекдии и поверхностного кипения равноценны. Кроме того, недогрев и скорость движения жидкости сказываются на критических тепловых нагрузках. В процессе кипения различают несколько последовательных стадий: зарождение, рост парового пузыря, его отрыв от поверхности, всплытие. Каждая стадия имеет свои характеристики, которые влияют на процесс: критический радиус пузыря, скорость его роста, отрывной диаметр, частота отрыва, количество активных дентров парообразования, скорость всплытия пузыря.
Все это — внутренние характеристики кипения. Интенсивность б34 процесса в делом определяется значением коэффициента тепло- отдачи. Как на внутренние характеристики, так и, следовательно, на козффидиент теплоотдачн влияют одновременно разнообразные факторы. Среди ннх можно выделить давление, теплофизнческие свойства материала поверхности нагрева, характер шероховатости поверхности, расположение ее в объеме жидкости, высоту слоя кипящей жидкости и т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
