Исаченко В.П. - Теплопередача (1074332), страница 66
Текст из файла (страница 66)
На рис 13-10 дан график изменения температуры по высоте слоя жидко- сти. Перегрев жидкости у стенки Р Р имеет значительную величину. Вдали от поверхности жидкость также несколько перегрега. При развитом кипении ка поверхности действует эначнтель— — ьыуг-.. ное число неитрон парообразоваг„ю Г ния. Одновременный рост боль- Т„ г шаго числа пузырьков и их пе- л риоднческигг отрыв от поверхноРвс.
13-10. Образо заве, рсет и отрыв о - стн приводит и интенсивному розого \зоря ог окною аезтрз. перемешиванию н утОНчению нриг„. г — з.мзз ч зьч с . Стенного слоя жидкости. От пот. — з гм а — а '" нерхности отрываются пузырьки различных размеров. Скорость всплывания больших пузырьков больше, чем малых.
Некоторые большие пузырьки при всплываншз дробятся на ряд более мелких. Мелкие пузырьки могут объединяться и образовывать большие пузыри. Объединение мелких пузырьков может происходить на поверхности нагрева еше до отрыва. В итоге общая картина кипения приобретает сложный характер. Свободная поверхность жидкости испытывает интенсивные пульсации. В каждый момент времени внутри кипящей жидкости находатся определенное количество пара в виде всплываю1днх пузырьков. Вслелствие этого такая двухфазная смесь как бы набухает, чта проявляетгя в виде поднятия среднего положения свободной поверхности (зеркала испарения).
Если в каждый момент времени внутри жидкости в форме вспзыаающих пузырьков находится масса М пара и если масса осталь- 306 нои жидкости М, то объем двухфазной смеси составляет 1',. = (ММр,) й л (М (Р, ). Отношение объема паРа Мв>ди к сбъсмУ снеси называетсЯ обьемным паросолержаппем> .и /р Величина объемного паросодсржаннв при кипении зависит от формы и размеров-теплоотпаюпгей поверхности н сосуда, тепловой нагрузки, давления и репа кипишсй >кнлкост. В ряде случаев значения у> при кипении могут постигать величины 30о>(> и более.
Примерно на столько же увеличивается и высота кипящего двухфазного слоя. В этом отио>лении процесс аналогичен пропессу барбота>ка пара через слой >килкосп>. В малоиопввжвой жидкости скорость всплывания больших пузырьков пара (или газа] практически ие зависитотразмеров пузырька, если его харакгеримй размер больше капиллярной постоянной Р>о/3(Рм — Р,). ФоРма таких пУзыРьков близка к сплюпгеппым (в направлении всплывания) сфероидам.
Скорость всплывания обычно составляет несколько десятков сантиметров в секунду и опргвеляется формулой '=-1, 13)У и (р,, — р.~Ир',. т. е. зависи~ от полъемпой силы, поверхностного натяжения и плотности жидкое ги. Пузырьки малого диаметра г( (по сравнению с «апнллярной константой) при всплывавии иие>от сферическую форм>, и скорость движения их опредьлне>ся законом вязкого соиротввлсиия ы„ =гд(р„, — р,)Ф/Пхи где козффипиевт с зависитот наличия в жидкости поверхностло-аьтинных примесей н лежит в пределах от з/з дп >/ь Для сипемы, изображенной ва рис. 13-!О, общий ноток тепча, передаваемый ат поверхности нагрева в кипящую жидкость, >й=-т>Г, гпе г — площадь поверхности нагрева, равная в этом случае площади горизонтального сечения сосуда.
Все полнеденное тепло расходуется ва парообразоваипе. Поэтому скорость отвода пара от поверхности геплообмена можно определить ив уравнения теплового баланса: 0 ч р„Е Эта скорость называется приведенной скоростью и а р о о бр а в о в а о и я (кипения). Внутри двухфазного слоя действительная скорость движения пара должна бып болыпе этой величины, так каь в среднем в каждом горвзоитальном сечении площадь, занимаемая паром, составляет лишь ЧР.
Из уравнения неразрывности следует, что ю .=ю.(й. Это соотношение прибчнжениое, таи как при его выводе ие учитывался рост пузырьков ири всплыванин. При высоких лаваш>вил насышелия неточносп, связанная с этим, по-видимому, невелика, Дсйствителы>ая (ичи истинная) скорость ю„пара в двухфазном слое обычно оказывается больше скорости всплывания отлельных пузырьков в малоподвижной жидкости. Эта связано с тем, что при развитом кипении жидкость над гюверхностью нагреив довольно интенсив- Ы' 307 - — --- г рлйаыррьр ))() д Рве 13-!! Р с реаеренае тенрсрзтур в нрхагреюа жнакрсгн.
определить температуру стенки 1„а затем найпг д,, при котором начинается поверхностное кипение. Тепловой поток, соответствующий началу кипенна, увеличиваетгя с повышением недогрева жидкости (Л. !36]. на движется вверх в виде отдельных струй или столбов, увлекаемая паровыми пузырьками.
Нисходшцее движение. компенсйрующее это подъемное движение жидкости в центральной части сосуда, происходит около стенок, где количество пузырьков меньше и жидкость в среднем «тяжелеем Вследствие такой пиркуляпна основное количество пузырь- и ков всплывает в восходящелг потоке жидкости. Поэтому скорость их — — -)— р подъема относительно стенок сосу— — ) да оказывается большев, чем вы) численная по приведенным форму! лам для малоподвижной жидкости. Иную структуру имеет поток при кипении жвдкости, яедогретой 1 до теьшературы насыщения (рис. 13-1!).
В этом случае двухфазное состояние наблюдается лишь впристенной области. Поверхностное кипение начинаетгя при температурном напоре 31,, при котором тепловой поток может быть найден нз условий конвекпна однофааной жидкости. С другой стороны, тепловой пазик д, может быть определен из условий кипения жидкости (см. ниже). Уравнение теплового баланса позволяет выразить вскомос значение температурного напора р Д( ч=г — ! ч зз-з. жплоотдача при пузырьковом кмпяннн жидкости в зсяовмях свпводного данжкиня Процесс теплоотдаче при кипении .кндкости отличается весьма большой сложностью.
В зависимости от конкретных внешних условий наблюдается большое многообрааие гндродипамических форм потока при кипении н чрезвычайная сложность отвечшощих нм количественных закономерностей для тспчоотдачи. Поэтому строгой теории для процесса теллоотдачи прн кипении жилкосги пока не существует. В приближенных теориях могут быть использованы различные подходы к процессу теплообмена.
Одним иэ важных направлений в теории теплообмена при кипении жидкости является нахождение количествеяных связей между характеристиками микрокиления (размеры, характерные скорости движения пузырей; частота отрыва. число центров и др.) н интегральными характеристиками (р, и], необходимыми для технических расчетов. Может быть использован подход, в котором коэффициент тепло- отдачи вырнжается через величины, определяюгцие теплоаую про. водимость жидкой прослойки под паровыми пузырями (Л.
102, 126). Чаще всего количественная связь между коэффициентом теплоотдачи и .366 факторами, от которых ои зависит, устанавливается экспериментальным путем с нсполыюванием теория подобия Анализ условий подобии [Л. Щ оснонывается на слелуняцих исходных положениях. Рассматривается однокомпонеитиая смачивающая жидкост (6(я/2) при постоянных физических параметрах в условиях свободного движения.
Прннымается, что тепловой поток от поверхности") нагрева восприинмаегся жидкой фазой и режем кипения — пузырьковый. Кипение происходит на гориэонтальаан плоской степке(рис.13-(б). Размеры поверхности нагрева велики по сравнению с размерами паровых пузырьков. Температурное поде в жидкой фазе определяется системой дифференциальных уравнений конвектавного теплообмена. -ч)на включает уравнение энергии дг — +юйтад1=а 72, уравнение движения дв, 1 — + (юйгад) а = — — йгаб р+ч угю, уравнение оплошности б!ч ы-.й.
Эта система уравнений дополняется: уравнением движения парового пу ем р я, характеризую- щим условие равновесия между подъемной силой и силой гидравличе- ского сопротивлеиияг (Яб) г(зг((р — р ) =с(я(4) гйр„ггэ(2, где б — текущее значение диаметра пузыря; о=ге — в — относитель- ная скорость подъема пузыря; с — коэффициент лобового сопротивления. Уравнением теплооб мена иа поверхности парового пузыря, характеризующим тепловой пото, подводямый к поверхности пузыря за счет теплопроводносги и затрачиваемый на испарение жидкости внутрь пузыря, что обусловливает рост его объема: -У ( — )=""=" ='(=)' адесь л — нормаль к внешней поверхности парового пузыря: Нà — эле- мент поверхности парового пузыря.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
