Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Полагают, что наибольшее количество влаги, могущее выпасы иа по. 292 отдачу ззиэизрио теиумеа пленки «ои Хеэсата. Г р гож!з зз ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ ОДНОКОМПОНЕНТНЬФ Н(ИДКОСТЕЙ тэ-т. мекэннзм пРОцессэ теплООименэ ПРИ ПУЗЫРЬКОВОМ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ А. Режимы хшюпвя Кипением называется процесс ннтенснвнога нараобразования, происходящего во вйем объаче жидкости, находящейся прн температуре насыщении или несколько перегретой относительна температуры насыщения, с абразованвем паровых пузырей. Процессы кипения икгеюг 296 верхности пленки конденсата, раино влагосодержанию сконденсировав; шегсся пара.
Приблщкенные оценки покавывакгг, что при влажности в пределах да !Π— 20гй (по массе) ее влиянием на коэффициент тепло- отдачи можно пренебречь. Вопрос о влиянии влажности исследован еще недостаточно. Конденсация паров жидких металлов. Прн коиденса. ции паров жидких металлов может иметь места как пленочная, так и капельная форма ковденсации.
Термическое сопротивление жидкого металла очень мала, поэтому при канпенсации паров метал.чав взияние на теплгюбмен могут оказать термическое сапратиилепие фазового перехода н контантное термиче- Рг скос сопротивление. обусловленное Р =грп загрязнением стенки. При этом тип сг "Р конденсации (пленочный или ка- га ю пельный) оказывает ~ораздо мень- Кз шее влияние па интенсивность теп- оаг лоотдачи. д!- Капельная конденсация наблгодается прн конденсации паров рту- !! ти. Пары щелачвьж металлов (натрий, калий), во-ввпнмому, дают в основном пленочную копвенсациик гп дг У жидких металлов Рг~!, не- учет инерционных сил и канвектив- "Г цог ного переноса ~сипоты может при- з,г гв дт вести к вначитеиьным ошибкам. На 'йг г го юв юор рис.
!2-16 представлевы результаты теоретического расчета (Л. 93) пле- Рвс. !В-гв. Веприне зиерииоизьп сзз и ночной конпенезции При ламинзр. о гзтэ зого перекоса тгэзз иа тепловом те»енин плевки. Здесь фв =а,/аи, и ф,=о.,/аиг! а, и а,— каэффициенты теплаотдачн прв конденсации нэ вертикальной станке и гаризонталыюй трубе с учетом инерционных сил и канвективаого переноса теплоты; пи э и аиг — по формуле Нуссельта для вертикальной стенки и горизонтальной трубы.
Согласно рис. 12-16 при Рг=0,01 теплоотдаче может понизиться примерно на 60(( !ю сравнению с данными формулы Нуссельта. По данныи (Л. 170) коэффициент конденсапни для рида жидкоче- талличгскпх теплоносителей примерно равен единице. большоепрактнческоепрнмененне в теплоэнергетике, химической технологии, атомной энергетике и ряде других областей современной техники. йКипение возможно во всем температурном ивтервзле между тройной и критическими точкамв для данного вещества. В процессе фазового превращения поглощаетсн теплота парообразоаання.
Процесс кипения обычно связан с подводом теплоты к кипящей жидкости. Различают кипение жидкости на твердой поверхности теплообмена, к которой извне подводится теплота, в ннпенне в объеме жидкости. При кипении на твердой поверхности образонанне паровой фазы наблюдается з отдельных местах этой поверхности.
При объемном кипении паровая фаза возникаег сенопроизволыю (спонтанно) непосредственно в объеме жидкости в ниде отдечьных пузырьков пара. Объем!нос кипение может происходить лишь при более значительном перегреве жтщкой фазы относитечьно температуры насыщения при данном давлении, чем ннпанве на твердой понерхнопн. Значительный перегрев может быть пол)чен, например, прн быстром сброса давления в системе.
Обьемное кипение может иметь место при наличия в жидкости внутренних источников тепла. В современной энергетике н технике обычно встречаются процессы кипения на твердых поиерхностят нагрева (поверхности труб, стенки каналов и т. и.). Этот внд кипения в основном н рассматрнваетсядалее. Мехагпсзм тенлообмена при пузырьковом кипении отличаегся от механизма тенлоотдачи прн конвекцин однофазнзй жидкости наличием дополнительного переноса массы вещества и тегшоты паровыми пузырями нз пограничного слоя в объем кипящей жидкости. Это приладит к высокой интенсивности теп.чоотдачи при кипении по сравнению с конвенцией однафааной жгсдксюти. Для нозниниовення процесса кипения необходимо выполнение двух уцчоовийй: наличие перегрева жидкости относительно температуры насыщения и наличие деитрои парообразования.
Перегрев жидкост» имеет максимальную великану непосредственно у обогреваемой поверхности теплсюбмена. Па ней же находятся дентры парообразовааия в виде отдельных неровностей стенки, пузырьков воздуха, пылинок и др. Поэтому образование пузырьков пара происходит непосредствеаао на поверхности теплообмена. Различают два основных режима кипения: ну вы рыси вы й з ил сночный.
Кипение, прн котором пар образуется в виде отдельных периодически зарождающихся, растущих и отрываюпсихся паровых пузырей, называется пузырьковым. С увеличением теплового потока до некоторой величины отдельные паровые нузырькн сливаются, образуя у поверхности теплообмена сплошной паровой слой. периодически прорывающийся в объем жидкости.
Режим кипения, который характеризуется наличием на поверхности пленки пара, обволакивающей эту поверхность и отделяющей ее от жндиасти, называется пленочным кипением (Л. 180]. р!нтенсивность теплоотдачн прв пленочном кипении значительно меныпе, чем при пузырьновом. 11нже будут рассмотрены механизмы теплообмена прн пузырьковом и пленочном режимах кипения. Б. Минимальный радиус пузырька Процесс парообразования можно разбзть на отдельные стадии. К первоначальной стадии относнтси зарождение пузырьков н некоторых 294 центрах на поиерхиости нагрева. Затем происходит их рост и отрыв от этих центров.
К завершаюгцей стадия относится движение пузырьков в объеме перегретой жидкости. Достигнув поверхности ж гдкости, паровые пуаырьки лопаются. После этого образуются новые пузырьки и процесс повторяется вновь. Д(инимальный размер парового пузырька в момент зарождения называется критическим радиусом (йгч). Он соответствует размер> неровностей оа поверхности теплообмена (центров нарообразования). При наличии пентров паровые пузырьки возникают при незначительных перегревах жидкости отиосительчо тем. пературы яасыщения. При наличии малого колигества центров кипенае жидкости имеет место при значительных ее перегревах. Критический радиус определяется из условий термодинамнческого равновесия фаз.
Для возникновения иаровогп пузырька и существования его в дальнейшем необходимо, чтобьг сила давления пара внутри него была ие меньше суммы всех внешних сил, действующих иа паровой пузырек. В момент образования пузырька на него действугот две основные силы: снлв даилевия р окружающей его жидкости н сила поверхиостното натяжения па поверхности пузырька. Условие равновеспя спл для парового пузырька сферической формы определяетс» уравиеняем Лапласа: й =-р,--р== —,",. (13-1) При избыточном давлении б))еждпЯ ° паровой пузырек мажег существовать н развиваться; при бд(2оЯ оп сконденсируезся. Образование пузырька с ггритггческим радиусом к„возьгожио лишь в том случае, если окружающая п»зырек жидкость будет перегрета, т.
е. если ее температура Т будет превышать температуру насыщения Т„(при давлении в жидкости р) на некоторую величину М=Т,„— Т„. Температура пара Т л в пузырьке с критическим радиусом должна равнятьси температуре окружающих слоев жидкости Т . Поэтому температура Т;=Т, может быть найдена приближенно (если не учитывать малой поправки, связанной с влиянием кривизны межфазной поверхности на давление насмщения) как температура насыщения, соответствующая давлению нара внутри пузырька рг=р+Ьр. Отсгода следует, ч связь между перепадом давления бд и необходимым верегрево жидкости И определяется формулой ! Д Гг р — = 'й(+ — "Д('-)- — 'й( Если учесть зависимость давления от кривизны повсрхности раздела фаз, то дгз Р Величина р' есть производная от давления по температуре на линии насыщения, определяемая согласно закону Клапейрона — Клаувиу.
са уравнением гг ы пг )„т (г — з 1' '=( — "").— .'.". Следовательно, бр= —- ге„щ Т (13-л) Зта зависимость аналогична зависимости (12-39), приведенной выше лля критического радиуса капли. Соотношение (!3-3) определяет критический радиус сферического пузырыса, находящегося внутри (в объеме) перегретой жидкости вдали от поверхности нагрева. Слои жидкости, которые непосредственно соприкасаются с поверхностью нагрева, имеют температуру Т , равную температуре стенки Тс. Поэтому если в формуле (!З-З) положить Т .
Т„ю шт г. (т,— т !' (13-4) В такой форме записи величина )с„ характеризует радиус кривизны внешней поверхности пузырьков, зарождающихся ва поверхности теплообмена. Одновременно величина ась определяет порядок размеров тех элементов шероховатости,которые прн данных усчовнях (давленнв, перегреве и т. д.) могут служить центрами парообразовання. С увелпченнем перегрева жндкостн при заданном дакссенин величнна )с„ уменьшаатся.
Минимальный радиус )с уменьшается н с увелкчевнем давлення прн заданном перегреве, так Как с увеличением давленвя растет производная р', а поверхностное натяжение уменьшается. Увелнченне перегрева жидкости н давления приводит к уменьшению )(ь, а следовательно, к увеличению общего числа действующих центров парообразовавпн, интенсивному перемешнванню жидкости в пограничном слав и увеличению тенлоотдачи. В том случае, когда жидкость смачивает степку, кипение жидкости происходит практнческн без перегрева отпаснтелыю температуры насыщенна. Таким образом, к факторам, влияющим на образование пузырька радиусом )с, относятся: бй р н характер фвзвка-хнмического взаимодействия пара в жидкости с твердой стенкой.
В. Милилальиая робота абратазолиа пузырьков критического розлгра Анализ работы, потребной па образование паровых пузырьков критического радиуса, позволяет установить, какие неровности поверхности теплсюбмепа (бугорки или впадины) являемся наиболее вероятными центрами парообразовання. Работа, затрачиваемая иа образование варового пузырьпа радиусом )см зависит от таю, образуется лн паровой пузырек в объеме жидкости вдали от яааерхпостн тепвообмена нля непосредственно на этой поверхности. Кроме тою, рабата образования пузырька будет меняться в завнснмастн от формы центров парообразоаання.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
