Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 68
Текст из файла (страница 68)
14, 169, 187). !У.б. механизм теппооамана при пленОчнОм кипении жидкОстн Пленочное кнпеьве наблюдается арн закалке металлов в жилкой среде, в ряде быстродействующих перегонных аппаратов, прн кипенна криогенных жидкостей, прн охлаждении жидкостью ракетных двигателей па химическом топливе и атомных ракстлых лвигателей. Прн высоких давлениях абсолютная величина а при пленочном кипении становится значительной (рио.
13-!8), поэтому пережога кипятнльной трубы 313' нс происходит, юти темперитуриый напор между стенкой и жндкостьЮ заметно повышается. Это дсланг допустимым использаваш!е процессов теплообиепа с пленочным кипением также в различных парогенерирующих устройствах 1Л. 121. В реакторах прямоточного тина охлаи!дающая вода поступает в яелогретом состоянии, з выходит в ваде перогрстого пари. В ганом реакторе ио э!ере течения иарожщянпй смеси коэффициент теплсотда н! изменяется по закону копвскцив одиофааяого потока иа входном и вы- гм фйч' и .
аи! а!.ач -Г- оаи' гич — о„! г и гхи га гдг г го!гаага ! Рис 13-1У Отаоыаииа оафф! а о Ла и к ииееи и аа«иоио!е «хкоии! ! — г и-ВЛ вЂ” ае ° !о' п, ена — аи! !. а — а — а и! а и Но-ю! ° и' и. о-ол-г,а! ходном участках, а на промежуточном участке — по законам кппеш!я в условиях пузырькового и пленочного режимов. При пленочном кипении теплоотдача значительна ыепыие, чем при пузырьковом. Однако благодаря большому расходу пара температура поверхности остветгл ниже температуры плавления материала и разрушения поверхности теплсобмека пе происходит. Поэтому пленочный режим «ниенна имеет большое практическое значение. Как отмечалось выше, при пленочном кипении жидкость отделена от обогреиаеиой поверхности паровым слоем. Теплота к поверхности раздела фаз поступает через малотеплопроводнмй слой пара. В условиях своболиого движения коэффициент теплоотдачи мало изменяется с изменением теплового потока (рис.
13-18). Влишше давленая и фианческих свойств на теплоотдачу сохраняется существенным, как и при пузырьковом шшенни. Через паровую пленку кроме теплоты за счет коивекции и тсплопроаодиости л!ожет проходить теплота и за счет лучистого теплообмена. Поэтому на коэффициент теплоотдачи илиякн еще иоэффицпанто! излучения поверхности теплообмена, поверхности жидкости, а также иалуча!ощие спойства самого пара. Даля лучистого переноса теплоты 318 а., зг,ф~злЗ Т,РЗ.
Р' а, аззрн1"з.хз рзз.иг 1фж в" „з (ю 11 Т,МЗ Рнс. 13 13 ихвяхиз р нх а пра кипении всхк ва юрнзснтваьчоз провозсхг «з хронелв. Л 1 ам, Π— Р н А -хз1 Π— зж ч — аи Π— 1,! . 1Р п . резко увеличивается по мере увеличения перегрева жидкости. Обе фюрмы переноса теплоты †конвективн теплообменом и излучением— оказывают взаимное влияние друг на друга. Оно проявляется в том, что пар, образующийся благодаря излучению, приводит к утолщекию паровой пленки и соответствующему уменьшению интенсивности переноса теплоты за счет конвекцпв и теплопрояодности.
Прн пленочном кипении аасыщенной жидкости тепловой поток, отводимый от поверхности нагрева, расходуется не только на испарение слоев жидкости, расположенных на границе паровая пленки. Часть отводимой теплоты идет также иа перегрев пара в пленке, так как средняи температура паровой пленки вызпе температуры насыщена». Прн пленочном кипении подогретой жидкости теплота, которая проходит через паровузо плевку с поверхности кипения, частично передается в объем жидкости путем конвенции.
Интенсивность конвективвого переноса теплоты в объем жидкости зависит от недогрева и скорости циркуляции жидкости. Оба фактора влияют па теилоотдачублагоприятно. !З-т. таплООтдАЧА при иАминАРнОм двюнянии ПАРОВОЙ ппвнни а=0,943тр Т Р,АМ (13-191 319 Расчетные данные для теплоотдачи при пленочном кипенны можно получить теоретическим путем. Для этого испольауется приближенная физичЕская модель, аизлогичнзя принятой в теория пленочной конденсации пара (в 12-2).
Иденти пи н исходная система уравнений и условий однозначности. Решенке лля среднего коэффидиента теплоотдачи нертнкальной стенки яысотой Ь имеет вид; Средний ьоэффипиент теплоотдачн ора гшпеаи» жидкости иа наружной поверхности горизонтальною ~в!а!!апра лнаметром г( выражзется завнснмосгью а — 07281 '. г !ш — г )к (13.2йй 1;аш Последние две зависимости формально совпадают с расчетвымн уравнениями для теплоотдачи прн нлеиочной конденсации пара на холодной стенке. Зависимости для теплоотдачн учитывают перенос теплпты поперек паровой пленки только путем теплопроводности.
Л)чистая (радиационная) составляющая коэффициента теплоотдачи вшжет быть найдена расчетным путем (гл. 18). Прн )чете действия снл инерпии в паровой пленке н касательных напряжений на границе ее с жидкостью наряду со слоем пара (рнс. 13-!9) рассматривается пограничный слой жидкости. Поэтому исходная актема дифференппальных ураннений энергии к движения для паровой пленни Лополняетсн аналогичной системой уравнений для пограничного слоя жидкосыг.При этом граничное условие лля поверхности раздела паровой н жилкой фаз принимает ввп: д д дэ дэ Условие непрерывности процесса масссобмена в поперечном направлении к поверхности раздела представляется зависимостью р„( — ш — гэ „) =-- р ( — ю — в )1 (13-22) при у — ьсо; ш„=О; 1=!»; б — толщина плевки. Прн таьом )точаенном подхсле следует учитывать глюке перегрев пара в пленке.
Результаты численных решений для распределения скорости и температуры (Л. 79) приведены на рис. 13-20 н 13-21 (Рг= 1). Из ннх .следует, что хара!стер распределения скорости н температуры в паровой пленке аналогичен аютветствующим профилям в пограничном слое однофазной жнлкости в условиях свободной конвекпии.
При ыалых температурных на- 3 ) +г порах распределение температуры иыеет практически г г линейный характер. 4, В отличие от пленочной коиленсацни пара в рас- сматриваемом случае на распределение скорости г оказывает влияние параметр р„р /рчр . Скорость на поверхности раздела фаз обращается в нуль только l / для жидкостей с очень малым значением параметра р р /рмр . Скоргкть движения самой паровой плени! э увеличивается с )веллченнем указанного параметра, так кан этовгу соответствует меньшая сила трения, рас !3-!Э. д ше- приложенная к пару со стороны жидкости на границе раздела фаз.
Поэтому коэффициент теплоотдачн увш лнчнвается прн увеличении (и р /р„р )в". Тсплоотдача при пленочном кипении зависит от „„,'~р„',, ""„ нелогрсва жидкости относительно температуры насыт - г ч мчч ь щения. Влияние недогрева мало прн малых значе- ниях срвй)/г н, наоборот, велико при значительных 320 перегйепат паровой пленки.
Для поддержлння пленочного кипения воды согласно Расчетам минимальное значение паРаметРа сныМ)г~ ~0,01. Для предельного случая, когда нв»ест место сильное переохлаждение жидкости и потоки массм вешества через поверхность раздела фаз малы, рзсчетвая зависимость для теплоотдачи при пленочном Е *БЯ Еи яб пр Р,т, 2,2 а дглсзрпрго»г шыыгд Б рю Ри .Рди Рис. 13-21. Ресиредеаеиие теи ературы »в гонщике слоя перонов пленки при Рг =.1.
,2! М 2 210 1222 И1212 121222 гыр тн рнрд етс Рес !З-га Ргспредетшие скорости по тод попе пероеогп и иогреничного сносе жидкости при птеночнои пилении. ! — Р !Н О 'Н Еы»Ш О.Ь 2 — Р !н о гн о 122-сд»1 2,-1. -О,»б! с бн тбсш т о» и н! 2: тыйн ! ины юет-се. н 2 де и ыы т н»ег — ».б и и ы и О ер-о.т Д Н». кипении переходит в зависимость лля теплаатдачи без кипения, т. е. для случая конвектнвного тсплоабмена однофазнай жилкости. В случае пленочного кнпения в условиях вынужденной конвекцин учитывается влияние скорости [Л. 183].
12-2. теплООтдлчд при 1врвелентнОм джтжении пдрОЕОЙ пленки )чар=0,25 Аг,'1'. (13-23) Применительна к пленочному кипению силой, определяюШей движение пара в пленке, является сила, равная й(~ъ» — )ь»). Понтону число Архимеда будет выражаться соотношением А!=ба:Рнг Оа=ду»/т'и. Физнчсскис свойства относятся к средней температуре паронай пленки.
на что указываетиндекс егд. 32! г»-И Для вертикальной стенки более вероятным является не ламииарный, а турбулентный характер движения пленки пара. Выше указывалось ]рис. 13-20, 13-2!), что характер распределения скорости н температуры в пограничном слое при кипении является сходным с соатветствуюшими профилямн в пограничном слое при свободной канвеютнн однафазной жидкости.
Поэтому теплоотдачу при пленочном кипении можно представить фермой зависимости, которая применяется при коивекции аднофазнай жидкости. Г!Ри турбулентном движении паровой пленки средняя теплоотдача описывается зависимостью [Л. 99] Постоянная в зависимости (!3-23) имеет значение 0,25 встедсэвие более интенсивного геплообмепа при кипении по сравнению с кпнвекцией однофааной жидкости, когда постоянная равна 0,15.
Пропето гептообмена при турбулентном движении пленки ясяястся автомодельнылг по отношению к геометрической форме и размеран поверхности тецлообмени. Поэтоыу он выпадает из аавнсимости (!3.23). ш-р. кризисы иипиимя А. Первый кризис кипении Кризисами теплаотдачи при кипении наэываютси процессы, сеязанные с корвиным изменением механизма теплоотдачи.
Они наблюдаются в начале перехода пузырькового кипения в пленочное илн в начале обратного перехода от пченочного кипения к пузырьковом!. Во цаогзх тшюообмепных устройствах современной энергетики н ракетной гехнпкц поток теплоты, который должен отнодшься от по.верхности нагрева, является фиксированным и часхо практически ке зависит от температурного режима теплоотдающей поверхности. Так, теплоподвод к внешней понерхноьти экранных труб, расположенных о топко котслыюго агрегата, определяется в основном за с гет излучения нз топочного просгравства.
Падаюпгий лучистый потоь практически не зависит от температуры поверхности труб, попа она существенно ниже температуры раскаленных продуктов сгорания е топке. Лналогич. ное положение ииеет место в каналах ракетных двигателей, внутри тепловыделяющих элементов (твэлов) активной зоны атомного реактора, где происходит непрерывное выделение тепла всчсдствие ядерной реакции. Поэтому тепловой поток на поверхноспг твэлов также является заданным. Ов является заданныы н в случае аыделеиия теплоты ири протекании через тело электрического тока.
Переход от пузырькового к пленочному режиму кипения носит черты кризисного явления, так как в момевт смены режимов кипения наблюдаются внезапное резкое снижение интенсивности теплоотдачи и соцгвьтствуюгцее увеличение теипературы теплоотдаюцгей поверхности (рис. !3-4). Повышение температуры поверхности в ряде случаев так велико, что кризис кипения сопровождается разрушением (расплавлением или перюкогом) поверхности теплообмена. После д „„ даже при малом увеличении тепловой нагрузки слой паровых п)зыреий превращается в сплошную паровую пленку, которая оттесняет жидкость от поверхности теплообмена. В реэ)аетате этого происходит коренное изменение механизма теплообмена, т.
е. возникает кризис. Обычно кризис кипенна паст) пает раныпе, чем температура поверхности приблизится к температуре предельного перегрева жидкости ', прв которой могут возникать зародыши паровой фазы споитэн.юго происхождения. Это объясняется тем, что прп наличии готовых центров парообразовавия имеет место нарушеггие фазового массообмена н соответственно нарушение устойчивости режима пуаырьковаго кипения. Однако с повышением давления фазовый массообмен у стенки улучшашся, гак как увеличнваегся плотность пара, уыеньшается отрывной ' тем чраттрэ пере рева ииикасги чирчкчэиетск ермаимммихеским «рэкгээ четичыеикымго сосгаиииз, эзиисиеГегч р даз еэи 322 диаметр и, следовательно„уменьшается объемная интенсивность парообразования. Прн нехватке готовых центров пузырьковое кипение сохраняется до теэ пор, пока не появятся зародьппи спонтанного про.
исхождения. Поэтому с увеличением давления тевгпература поверхности, при которой возникает кризис кипения, постепенно приближается к температуре предельного перегрева. На рис. 13-22 приведены линии предельного перегрева ! н насыщения 2 прн разных давлениях Р!р о= =0 5 †: ! прв кипении двуокиси !тлерода [Л. 150!. Точками показаны опытные эиачення температуры поверхности, при которых возникаег кризис кипения. Этн теэшературы првктичегкн соепадшот с температурамвпре- э Х я дельного перегрева жидкости. хр Манспмальнуэа тепловую нагрузку о при пузырьковом кипении аазыв а!от п е р- о о вой критической плотностью теплового потока н обозначают Ч оь гр Для условий кшгення насыщенной жидкости в большом объеме прн свободной копне«ции значения критических ш од хр хн нагрузок зависат от Рода кнпащей жпд- р.тп-э по кости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
