Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1062552), страница 61
Текст из файла (страница 61)
В качестве характерного размера принимают среднее расстояние между центрами парообразован ия. С реднее количество действующих центров парообразования при фиксированных температурных условиях должно опреде. ляться как адгезионными характеристиками (локвльной смачииаемостью до), так и рельефом поверхности. Следуя,П.А. Лабунцову, будем полагать, что в условиях макроскопнческой смачиваемости (дв ( и/2) число действующих центров кипения должно быть пропорционально среднему количеству углублений и впадин, приходящихся на единицу поверхности пг н имеющих размеры, соизмеримые с критическим 1е.
В первом приближении можно принять пг 1о. 531 »г С ™~Т 1 = »г' аТх/тра /ЛТ. 0,6 (ЧП1,104) Хн, =С1Ке, Рг ', 0,0 ~!У Й /7 (ЧШ.106) 24 2 а 43 /ЗТ о. 102 Л ЬТ 5 ~~Рх ЬТ пТхк ОТа 633 С учетом формулы (ЧП1.103) имеем Согласно опытным данным, можно принять С = 7,5 10 . По- -0 пагад, что в среднем центры иипения распределены равномерно по поверхности нагрева, получаем С учетом уравнений (Ч1П.103) и (УП1.104) теперь можно запи- сать з0,6 аоТв = С ~ 43(1+ г) оТа ' Рг". (ЧП1.105) Л .,АТ ~2 ~г2(1- Оз) рр /ЛТ~ Уравнение (У1П.105) удобно представить в виде где Яв а = а /Л; Кеа = цт( /тр; Рг = «/а; 1, = пасв/раг~.
Из формулы (ЧП1.106) следует, что Эти соотношения с точностью до константы находятся в'удовлетворительном сооветствии с опытными данными (рнс. УП1.24, УП1.25). С ростом давления н тепловой нагрузки основное допущение изложенной модели (д,/йв = сопаФ) нарушается и существенный вклад в суммарный тепловой поток вносит теплота испарения дг. В этих условиях удовлетворительный результат дает модель, предложенная Л.А. Лабунповым. По его схеме в растущий на поверхности нагрева пузырь испарение жидкости происходит за счет теплоты, которая через пристенный слой жидкости подводится теплопроводностью от поверхности нагрева к основанию за6 Ы «Г «З «Г «Га Ф я Рис.
ЧШ.24. Зависимость козффипиеита теплоотдачи от илотиости теплового потока при различных давлениях дла веды (е) и П взела (6) Рис. Ч111,36. Влияние поверхностного натяжения иа теплоотдачу при к3шеиии воды пузыря. Автор этой модели предлагает количественную опенку йропесса теплообмена. Он считает, что плотность теплового потока является суммой двух тепловых потоков. Один передается теплопроводностью через микрослой массе жидкости, второй расходуется на испарение в паровой пузырь. Таким образом, ц = 0 0018 Вео,оз Рг 7з (ЧП1.110) Яц 0 082 Р|-~~~~ Кц~~т Кц 7Ь 1 (ЧП1.107) ПТ вЂ” = ам 17 Тм~ Рт Н 0,667 Р -0,7 ц С г (ЧШ.109) Имеется и ряд других подходов к оценке эффективности теплообмена при кипении жидкости, основанных на критериальной обработке экспериментальных данных.
Основной теоретической предпосылкой Г.Н. Кружилина является допущение, что при кипении теплота от поверхности нагрева передается только жядкой фазе, которая испаряется в поднимающийся пузырь. Испарение жидкости происходит н со свободной поверхности. Эффективность теплопередачи к жидкости зависит от ее движения н перемешивания у поверхности нагрева и в объеме, связана с частотой отрыва пузырей н количеством действующих центров парообрвэования. Количественную оценку теплоотдачн в процессе кипения проводят сначала для одного пузыря, а затем учитывают число центров парообразования. Результирующая формула Г.Н, Кружнлипа имеет вид йсм1 (Р '1 где Кц = — ~ — ~ — критерий, определяемый числом действу= тЛ 1Р„) сжа рм рж ющих центров парообразования; Кц = — — — — критерий, трж1 Рп Ржрп о,з о определяемый час'гатой отрыва пузырей; 1 = ~ =ь(,.—,.) В.И.
Толубпнский предложил эмпирическую зависимость вида Яц 04 Ко~о РГ 013 (ЧП1.108) О,о Л ~у(рм- рп)3 ' трпТ70Г У у(р -рп) — отрывной диаметр пузыря для различных жидкостей (кромв иоды) при атмосферном давления; у — частота отрыва пузырей. В амеряканской литературе большой популярностью пользуется формула Розенау, полученная при исследовании теплообмена прн кипеняи дистиллированной воды на платиновой проволоке: где Хц, = а1,/Аж — число Нуссельта для пузырей — отношение теплового потока, вызванного кипением, к тепловому потоку вследствие проводимости через окружающую пузырь пленку жидкости; С, — эмпирическая константа, которая зависит от свойств материала поверхности нагрева и от комбинации жид- 01, кость — поверхность; Ве, м — — число Рейнольдса для пу~имт зырей — отношение инерционноп силы пузыря к силе вязкости жидкости (характернзует интенсивность перемешивания жидко1 о,з сти из-за движения пузырей); 1, ж ~ ~ ; Ргм — число Прандтля для жидкости.
Форстер и Зубер предлагают рассчитывать теплообмен прн кипении п-пентана, этанола, волы, бензола по формуле Юу смржЬТ,/каж 2сг ' р рм с ржЬТ /%аж .з рм "Рп , С.С. Кутателадзе считает, что при анализе теплообмена в процессе кипения необходимо явления, проясходящие в жидкой фазе, рассматривать отдельно от явлений в паровой фазе. Предполагается, что передача теплоты от поверхности нагрева при пузырьковом кипении может осуществляться как к жидкой, так и к паровой фазе. В то же время эффект переноса теплоты к жидкости значительно превосходит интенсивность передачи теплоты к пару (нз-зп малой теплопроводности пара).
Поэтому теплота расходуется на перегрев жидкости, которая затем испаряется в паровые пузыри. Процесс теплообмена и движения для одиночного пузыря заданного размера С.С. Кутателадзе описал системой уравнений, в которую входят: уравненяе теплопроводности в жидкой фазе У(Р— Р,) ез ю2 взе уравнение движения и сплошности жидкой фазы Югом 2 рм — = урм — ягайрм+ им%' игм; .От а =о; уравнение движения и сплошности паровой фазы Рп ~~ = У(Рм Ре) — йгаЫРи+ 0ц ~' гон~ 11 гоп 2 Ют гБтгоц = 0; условия теплового взаимодействия на гранипе раздела фаз /дТ~ гр 2и (Рм Рп) 2оРм А д2 2тр условия механического взаимодействия на границе раздела фез (рп)гр = (рм)гр + о (1/М~ + 1/Ю2); (инги)гр = (гохлм)гр> размер сформировавшихся пузырей и распределение центров парообразования по поверхности ...
бее,...,п;... Система зтих уравнений дает возможность получить те критерии подобия, с помощью которых на основе опытных данных С.С. Кутателадзе предлагает расчетную завясимость Хи = С Рг е'зз (Ре Кр)~'~ а о Ф 0,5 где яи л = —; Рел = —, Кр = Я У (Рм Ре) "Рце я (Рм — Ре) рн (~У(Рм Ре)) ' Приведенные зависимости подобия (ЧП1.107) — (ЧП1.110), (ЧП1.111) могут быть развернуты в расчетные формулы, которые сведены в табл.
ЧП1.3, Таблица гИ1.3. Расчетные рекомевлаивв Лле овренеееввя коэФфициевте теплоотлачв врв ивнев ив мвнаоств Ч111.2.$. 1гуэырькоеое кипение при еынувсденной конеекции Скорость вынужденного движения жидкости в канале может оказывать заметное влияние на интенсивность теплообмена при кипении только в области относительно небольших тепловых потоков, а!'ае = (1+ (алло/ае) ) ' (ЧП1.112) где а — коэффициент теплоотдачи к вынужденному потоку кипящей жидкости; ае — коэффициент теплоотдачн при отсутствии кипения, определяемый по формулам, приведенным в гл. Ч1; ао — коэффициент теплоотдачи при кипении в большом объеме, определяемый уравнением (ЧП1.106). При движении кипящей жидкости по обогреваемому каналу происходит непрерывное увеличение расхода паровой и уменьшение расхода жидкой фаэ.
Лля вертикальной трубы можно выделить три характерных участка (рис. ЧП1.26): !— область подогрева жидкости от начальной температуры до температуры насыщения (экономайзерный участок); !1- область ки- Рвс. Ч111.36. Структура потока прв кипении мидкостей внутри вертикальвой трубы С увеличением плотности теплового потока возрастают турбулентные возмущения жидкости, вызванные образованием паровой фазы на поверхности нагрева, и интенсивность теплоотдачи практически перестает зависеть от скорости вынужденного движения жидкости. В этом случае законы теплоотдачи не отличаются от установленных выше закономерностей теплоотдачи при кипении жидкости в большом объеме.
Лля расчетов коэффициента теплоотдачи при вынужденном течении кипящей жидкости можно рекомендовать интерполяционную формулу С.С. Кутателадзе пения жидкости (испарительный участок) и П! — область подсыхания влажного пара н его перегрева. На участках ! н !!! коэффициент теплоотдачн определяется закономерностями конвектнвного теплообмена прн вынужденном течении однофазной жидкости по трубам.
При движении парожидкостной смеси в области !! по ходу смеси можно выделить область поверхностного кипения л, эмульсионный Я, пробковый ! н стержневой Б режимы течения. В области эмульсионного режима двухфазный поток состоит из жидкости и распределенных по ее объему мелких пузырьков пя; ра. При увеличении паросодержания но длине трубы происходит слияние мелких пузырьков в крупные паровые пробки, соизмеримые с диаметром трубы.
По мере увеличения паросодержання происходит слияние уже крупных пузырей н образуется так называемый стержневой режим течения, прн котором в ядре потока движется влажный пар, а жидкость образует тонкяй слой у стенок трубы. Этот слой по мере испарения постепенно уменьшается. Протяженность различных режимов течения парожидкостной смеси зависит от тепловой нагрузки, скорости движения смеси по трубе, параметров жидкости на входе в трубу. Рост сяоростн при фиксированных тепловой нагрузке, длине трубы и зпаченин температуры на входе в трубу приводит к уменьшению участка с развитым кипением и увеличению длины экономайзериого участка. Прн увеличении нагрузки при заданном значении скорости, наоборот, длина участка развитого кипения растет, а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
