Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1062552), страница 62
Текст из файла (страница 62)
длина экономайзерного участка ! сокращается. В случае движения двухфазного потока внутри труб, расположенных горизонтальна, илн труб с небольшим наклоном кроме изменения структуры потока. по длине может быть значительное изменение структуры потока, и по сечению трубы. Если скорость жидкости и содержание пара относительно невелики, то наблюдается расслоение потока на жндкук> н паровую фазы (рис.
ЧП1.22). С увеличением скорости н паросодержания режим течения может перейти в кольцевой. Однако н в этом случае Ионной осевой симметрии не будет. Интенсивность коивектнвного тепл>н>бмена в испарнтельной области зависит от режима движения парожидкостной смеси, т.е. от характеристик двухфазного потока и трубах н каналах. взв Ф = 1:и/1"см = 1'и/(Кк + 1п). Ри Ф 1 — и рж 1 —,8 1Р = /и// = /и/(Ум + Ь) и = ~и/Ссм = 1еи/(бм+ Са)~ Р~ = См/Рм', Уи = сеп/Рию 640 й' Рис. 'У'Ш,ЗТ.
Структура ппроаодппого потока прп кипении поки- аоста внутри горпзоитплыюй трубы: а — ресспоеаамй ремам капские; б - стермаеаой ракам; 1 — пер; я - мпа- Введем следующие параметры двухфазного потока: 1. Массовое расходное паросодержание где Сп — массовый расход пара; 6ш — массовый расход смеси; См — массовый расход жидкости. В общем случае х может изменяться от нуля (только жидкость) до единицы (только пар). Массовым расходам См и Са соответствуют объемные рас- ходы сумма которых называется объемным расходом смеси: В отличие от массового расхода объемный расход смеси изменяется по длине трубы. При полном испарении жидкости объемный расход смеси растет в рм/рп раз, поэтому прн низких давлениях наблюдается значительное увеличение скорости потока по длине трубы.
Скорость жидкости на входе в трубу (х = 0) называется скоростью пиркуляции. 2. Объемное расходное паросодержание Параметры и н 4 связаны очевидным соотношением При к = О,б = 0 и прн х = 1 ~3 = 1. В остальной области к с,б, так как Рп/Рм ( 1. Истинное объемное паросодержание где /п — площадь поперечного сечения трубы, занятия паром;,~м — площадь поперечного сечения трубы, занятая жидкостью.
Истинные скорости жидкости н пара в данном сечении трубы определяются соотношениями юп = 1~и/Уп = Кю/(1с/)1 есм = Кк//м = 1'м/((1 — 'Р) Л. Приведенными скоростями пара и жидкости называются величины есп.ир = ек/Л есм.пр = ем/У. Сумма приведенных скоростей пара и жидкости характеризует истинную скорость смеси ессм = есп.пр + есм пр — (уи + ум)//. Разность истинных скоростей пара и жидкости называют скоро- стью скольжения кси = еси — юм. Скорость скольжения может быть как положительной (в вертикальных трубах при подъемном течении), так и отрицательной (в вертикальных трубах прн опускном течении).
ПРи иск = 0 есм = еси и У = Р. Прл расчетах теплообмена существенной характеристикой двухфазного потока является знтальпия смеси ?»см, которая определяется из уравнения теплового баланса Я = С(Лсм ?»и) Если жидкость на входе в трубу нагрета до температуры насыщения, то вся подведенная теплота расходуется на парообразование, т.е. Я = т С. Следовательно, для этого случая бп/6см = х = (?»см — ?»п)/г. На рис. ЧП1.28 представлена зависимость коэффициента теплоотдачи от массового расходного паросодержания х. Область подогрева жидкости с учетом последнего уравнения соответствует значениям * = -0,2. При х = -0,2 начинается поверхностное кипение. При х = 0 поверхностное кипение переходит в объемное и при х = 0,3...0,4 коэффициент теплоотдачи достигает максимального значения.
Эта область соответствует стержневому режиму течения, при котором основное термическое сопротивление сосредоточено в тонкой жидкой пленке на стенке нагреваемой трубы. м.св» ° »е,» ятПп к) ия » я «е «» «я «я Рис. Ч111.26. Зависимость коэффициента тевлоотлачв от параметра п При дальнейшем увеличении х наблюдается резкое ухудшение теплоотдачи, что объясняется разрушением жидкой пленки. Уравнение (Ч1?1.112), предложенное для расчета коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости в трубах, ограничено значением д < 0,7. рп — +»и— — — +рЧ ю-р.у.
(ЧП?.113) Р 2 дх Так как толщина пленки пара мала по сравнению с размерами стенки, то конвективными членами в правнении (ЧП1,113) можно пренебречь н считать, что пар движется иод действием подъемной силы. Рассматривая условия стапионарного Фечення (д»п/дт = 0) и учитывая, что Рис. Ч111.2В. Пленоч- ное кипение ва верти- кальной пластине др/дх = — рву, получаем Н~ш у(Рв — Рп) + ?»и = О »?у2 Интегрируя последнее уравнение при граничных условиях у=О, »я=О; у=у, »п=»птр, где й — толщина парового слоя; »п„р — скорость движения жидкости на гранипе раздела фаз, имеем ?тШ.Й.5.
Теплоотдача при пленочном репхиме кипения Лля пленочного режима кипения характерно то, что жидкость отделена от поверхности нагрева слоем пара. Рассмотрим режим пленочного кипения жидкости на вертикальной поверхности нагрева (рис. ЧП?.29). Будем считать, что до сечения'х = :~а хпр движение пара в пленке лами- пст парное. Тогда уравнение движения для пара запишется в виде ах = а„+ар. г/зТ л — =о, Дрз или а =Л /5. 11 Л УтрпУ (Р~ Рп) бвп Чх Я 1 Г 3 а= — ) азу= — а д. г/ * 2 о 12бвп д х 1/4 Р т«пд (Рж — Рп)) (Ч111 115) /1, 'Л.'Рт«.Р(р - «.) г 3 1/б ра.ЬТ*(1 + ф) ГЧ111.11т) при (йп/Нр)гр = 0 зр.ех '1 1/4 жт«пй (Рп Рп)) (Ч111.116) 4 1лйрт.( .)~'/4 3 '(Р,/лтг(1+Ф) ! где <р = 1+ срйТ/2т.
(Ч111 118) Вее Р+ У(рм Рп) (5 3) ~ О 2ббп Уравнение энергии для паровой пленки в случае пренебрежения инерпионным членом имеет вид Л б (Ч111.114) Для случая постоянной тепловой нагрузки из уравнения баланса можно зплисать б Тсз Тп 1 Г ех = Рп т+ср — ) ) 1ппду. 2 о Рассмотрим два предельных режима течения, В первом случае масса жидкости, омывающей пластину, практически непадвижна, т.е. 1пгр — — О.
Во втором — вся масса жидкости движется со скоростью, равной скорости пара на гранипе раздела фаз. Это равносильно условию (йп/ер)гр = О. Решение системы уравнений для этих предельных случаев получено С.С. Кутателадзе в таком виде: пРи зпгр = 0 Суммарный коэффидиент теплоотдачи в области пленочного кипения складывается из коэффициентов конвективной н радиадионной теплоотдачи: Локальный коэффициент конвектнвной теплоотдачи, как это сле- дует из уравнения (ЧШ,114), С Учетом фоРмУл (Ч1П.115) и (ЧЦ1.116) получаем где,д = 0,436 для первого режима и ~3 = 0,69 для второго режиме„ С редний коэффициент теплоотдачи находим по формуле Аналогичным образом получаем решение для случая гЛТ = Т вЂ” Тп = сопвс.
Окончательная расчетная формула имеет вид где 61 — коэффициент, соответственно равный 0,5 и 0,705 для первого и второго режима; 4 = ар/ап. Средний коэффициент теплоотдачи можно представить как 2Ф,» Э» 1» Я (Ри — Рп) б~ а с дзееЛГ 'Р, 29х 'РгРп к»ср "п»РгРпц»гр 29х 1/» »»»ж»1" ЬТ(1+ зР) 2~ (Ч1П.119) Если пленочное кипение происходит на горизонтальном цилиндре, то средний коэффициент теплоотдачи примерно на 20% меньше, чем рассчитанный по формуле (ЧП1.118), в которой вместо 2 используется диаметр пилиндра Юц.
При вынужденном течении жидкости, когда влиянием подъемной силы в уравнении (ЧШ.117) можно пренебречь: ц» = к»гр р/о. Следовательно, для случал 9 = сопвз Таким образом, если нагрузка постоянна, то локальный коэффициент теплоотдачи цри пленочном кипении и вынужденном течении жидкости пропорционален скорости течения жидкости. При вынужденном течении и ЬТ = сопвз На рис.
ЧП1.30 к Ч1П.31 сопоставляются экспериментвльиые результаты с данными расчета по формулам (ИП.118) и (ЧП1.119). При пленочном кипении в большом объеме опытные Рис. 'ЛП.ЗО. Опытные двииые о ковффпзпзеите Р» ио Враылею» 1 - 3 й»-й ыыльпмй раствор; и — азот, "Ю - пентал; 4 - этпловмй спирт Рис. УП1.31. Влияние скорости течения жидкости иа теилоот- дачу ири илпиочпззы кипении ие горизонтальном поперечио обте- каемом цилвпздрег 1- оепзол; и- четырелллорпстый углерод; Ю-этпловмй сппрт; Е' — и-юепсап значения коэффициента Д лежат в пределах, согласующихся с теоретическнмк расчетами.
На рис. ЧП1.30 представлены результаты опытов Брамлея по теплоотдаче при вынужденном поперечном обтекании цилиндров в условиях пленочного кипения и больших скоростях течения жидкости (п»е). Как видно из графика, при ц»е/~/уЮц ( 1 формула (ЧП1.118) достаточно хорошо подтверждается для кипения в большом объеме, При зло/~/уапц ) 2 опытные данные, а также данные расчета по формуле 1(4 а=2,7 ТВ удовлетворительно согласуются с теоретнческои зависимостью (ЧП1.115).
Заметное влияние на коэффициент теплоотдачи при пленочном кипении может оказывать относительная доля теплоты, расходуемой на перегрев пара в паровой пленке, которая учитывается числом К = г((сяЬТ). Этот эффект не учитывается в формуле ЧШ.112 . Из опытов следует, что теплоотдача прп пленочном кипении зависит также от недогрева жидкости до температуры насыщения. Теоретические расчеты показывают, что влияние недогрева мало при малых значениях сяЬТ(г и велико при значительных перегревах паровой пленки. Согласно расчетам, оптимальное значение параметра грЬТ(г, при котором возможно пленочное кипение, равно 0,1. Начинен с некоторого расстояния хпп от нижней кромки пластины течение пара в пленке из ламинарного переходит в турбулентное. Пля этого случая не существует достаточно строгой теории.
В первом приближении для определения коэффициенте теплоотдачи можно воспользоваться аналогией с естественной турбулентной конвекпией на вертикальной пластине в большом объеме и определить теплоотдачу по уравнению подобия Хпп = 0,25(Агп Ргп) 1(з 1з где Агп =— Рм рп. Последнее уравнение справедливо црп пз рм Агп Ргп а-2 10'. П и режиме вынужденного течения парожидкостной смеси ри р в трубе опытные данные по коэффипиенту теплоотдачи прп пленочном кипении можно обобщить в виде зависимости апп д(ад = (Р(х~ Рп(рм) где адл д — коэффициент теплоотдачи при кипении в сечении трубы, где расходное массовое паросодержание равно х; ап — коэффициент теплоотдачи, рассчитанный по обычной формуле конвективного теплообмена однофвзной жидкости при том же массовом расходе пара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
