Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Предположим, что происходит испарение определенного объема жидкости из открытого сосуда. Стешги сосуда теплоизолкроваиы. Слой жидкости тонок; в результате можно пренебречь изменением температуры по толщине слон. Над жидкостью протекает соток парогазовой сыеси, причем насыщение этого потока паром не происходит, так как ).асход парогазовой смеси велик. В жидкости нет внутренних истошнков теплоты,и ыожно пренебречь лучистым теплообменом. Пусть в начальный момент времени температура жидкости больше температуры парогазовой смеси вдали от жидкости Гч Вследствие теилоотдачи и испарения теьшература жидкости будет понижаться, будет происходить нестацнонарный процесс испарения.
В какой-то моыент времена температуры жидкости н парогааовой смеси станут равнымн. При этом согласно уравнению оч, =п(Г,, †,) теплоотдача прекратится. Однако испарение будет продолжаться, что приведет к дальнейшему понижению температуры жидкости. Ее температура станет меньше температуры парогазовой смеси. Жидкость начнет гюлучать теплот) от парогазовой снеси. По мере понгпкения температуры жидкоСти испаРение ее бУдет замедлЯтьсЯ, так как Рчлчч(гягч«) и АР= =Ро.чч †Рбуд)т уменыпаться. Теплоотдача же будет увелнчивап,ся.
Эти изменения буд)т происходить до тех пор, пока при некоторой температуре жидкости не установится днпаыическое равновесие между подволом теплоты конвектввной теплоогдачей и отводом тепла путем испа ния н последующей диффузии. Г альнейшее вспаревие жидкости будет происходить при Гяо =Г за счет теплоты, получаемой теплоотдачей от парогазовой смеси. Температура г является тем пределоы, ниже которого нельзя охлаждат~ жидкость. Прн этом а (1 — (и) =- Фг (Рчлч — Рач) .
Процесс испарения, при котором ися теплота, переданная от парогазовой смеси к жидкости, затрачивается на испарение последней в возвращается к свеон с паром, называют процессом адн а бати чес кого испарения. Температуру Гм называют температурой жилкостн прв адиабатвческом испарении или температурой мокрого термометра. Из уравнения (14-40) следует, что прв адиабатическом испарении (14-4 1) г,— г (14-4л) На практике часто встречаются неадвабатвческие процессы испарения. Рассмотрим стационарный процесс неадпабатпческого испарения жидкости в движущийся над нею парогазовый поток.
Течснне происходит в канале, нижняя часть которого залита испаряющейся жидкостью. 345 Пусть теьгг!ература потока на входе равна 1'„,. В процессе течения содержание пара увеличивается за счет испарения жэщкостн. Изменясшя и температура парогазового потока; обозначим температуру на выходе через 1" В общем случае температура 1" „может быть квк опыте, так я меньше 1'„ Испарявшаяся жидкость мшкет восполняться в тпм яге количестве такой же жндкостькь по с лругой температуроа, которую обоз~ вччм через 1', . Тепловая диаграмма рассматриваемого процесса представлена на рис.!4-8. Прв составлении ляаграммы принято, что 1' <1„ Теплоотдзчей от парогазовой смеси к поверхности жидкости передается теплота 4, , дж/(мэ с) (аа !шаграмме этой величвне соответствуют состэвляк~щие 1,П,ПТ).
Теплота рэч, расходуется в общем случае на испарение жилкости (г), „; составляющая 1) н частично моэгет передаватьгя теплопроводностью и канвекцией в жидкую фазу (составляющие П и П1; обозначим эту долю через йм). Тогда здесь 1, и (д1„/ду) „, — сгютветственно коэффициент теплопроводиости нгидкости и градиент температуры жидности па границе раздела фаз. теплота 4„= --дв(дгэ)дп) „ идет на подогрев поступающей лв испарение жидкости от 1' до 1 =1„, н частична может теряться а окружающук~ сред! через внешние ограждения жидкости.
Тогда — 7,(д( .(дн),=1' л,гг (1 — 1в)+рм ((4-44) где 4 — теплопотери в окружающую среду. Если же 1'.>1ч„, то злак 4 мснясчпя, происходит подтечка тепла к поверхности нспарепня нз жидкоспг. В этом случае испарение происходит не только за счет теплоты, переданной тсплоотдачей от парогазовой смеси, но и за счет теплоты, вносимой жидкостью н поступающей извне через ограждения канала.
Учитывая сказанное, лля расчета теплоотдачи нажил попользовать уравнение 4 „=П(1,— 1 „) =Г1 Ш),. (1, -1' ) тпйт. 1!4-48) здесь зная плюс берншя в случае 1' (1 „, знак минус — при 1'„,>1 „. Испарение может праисхолнть и из пористой пластины, разделяющей парогвзовую п жидкую српчы. распределение температур по толщине такой пористой стеню! было получена в й 2-!2.
В случае нспаревня нв пористой стенки "'М гпс ! эквивалентный «оэффвцнспт тсплопрпэодвпстп порнстой стенки и заполняющей ее жндкосги", 1 — температура пористой стенки. Уравнение (!4-45) может быть использовано н при нспаренви па пористой стенки. (Тонере шый поток пара, направленный от пбверхности, изменяет поля температур н скоростей. что принодит к изиеневню янтенсненпсти теплоотдачи.
Как было сказани ранее, теоретические работы показывают, по прн испарении, сублимации, адуве вещества через пористую стенку толщина теплового и гидродинамического пограничных слоев 346 йп «3 уьеличивагт*я; прп этом температурный градиент иа поверхности испарения уменьшается. а следовательно, уменьшается и коэффициент теплоотдачи. Уменьшение теплоотдачи тем больше, чем больше плотность попс очного потока пара.
Г оэффидиенты тепло- и массоотдачи зависят от формы и равмсрав ювсрхностн испарения, характера движения парогазовой смеси (свободное пли вынужденное, ламинарное илп турбулентное), физическая свойств жидкости и газа, кош!ентрации компонентов в Парогкзо- э м вой снеси н т. п. гг Процесс осложняется н вследствие других причин. Дли г,э !", примера рассмотрим алиабати- , и ш, ческое испарение нз пористого чя . ~ „ьяг' 494 тела (рис. )4-9).
Тепло, идущее на испарение, в общем случае поступает к жидкости непосредственно (Я .) и через скелет по- т .. г ~, рве!ого тела (Я,). Перенос теплоты Я, будет зависеть от теплоГгРОВОДЯПсиь СВайета СКШИ.'Га. Рве- Рис. Ы-Я Теп. оээя яээгрзиээ прочесса четная поверхность ттплообмена эсээречэз гхпдхасти эзпагэ ь ыз и ох. Ррэ„ (пунптнрная линна на рнс. )4-9) не равна действительной поверхности тсплообмена. соответсгвучощев оисшней границе твердого тела н жндкостн (на рисунке выделена жирной линией).
Вто различие будет тем больше, чем ниже уро- вень жидкости. — ~ыхг В пропсссс испарения жидкости нз пористого тела действительные по!с Ггм„ !Г аерхностн теплообмена н массообмена 7 различны, так как жидкость испаряет- Г Ф .. // ся со сяоси поверхности; зто различие ф',Р ', †, 'у - " ,4' зависит от углубления жилкости. Как ~~;- .,'Н==: ;о',.Р— ,фЯ показано в (уй 381, испарение частично «щет н из очень тонкИх пленок жидко Р !4-з к пс агины эз попвстсго сти, прилегающих к меннску вгледсг~т.зэ вне капиллярных эффектов второго рода.
Прн значительном углублении уровня жилкости перенос пара к расчетной поверхности во многом определястся сопротивлеаиелг капилляров. Если проходные сечения капилляров очень малы, то течение в капиллярах характеризуется закоиачи течения разреженных сред. При испарении со свободной поверхноств большого объема жидкости так!к иаблюдаютгя особенности. Обычно парогазовый поток возмущает поверхностный слой жндности, в результате чего могут иметь место ввлнообразоввние и капельный унес жидкости в газовый поток. Назвюшыс причины существенно затрудниют получение достаточно обпшх зависимостей н зачастую игюпочают возможность сравнения межтт собой опытных данных, полученных в разлн пгых услошгях. Тецто.
и массоотдача при нспаренни воды из металлической порвстой пластины в продольный паровоздушный поток вссдеповалась на кафедре теоретических ос«ов теплотехники МЭИ (Л. 59, 60). Опыты (Л. 59, 60) проведены при услопвях, близких к адиабатическим. Соглас. 347 ча этому исследованию средний коэффициент теплоотдачи при турбулентном пограничном слое может бьггь определен по уран>ге>гик~ Р(пг= 4,55-10 ойе »Кк; 114-46) >де К=-г/сой! — критерий фазового перехода; адесь б/=!» — 1,— температурный напор. В уравнении (!4-46) в качестве линейного размера принята длина пластшпо вдоль патока, ото штываемая ат начала участка испарения. В качестве апредевяю~цсй температуры выбрана температура смеси вдали от пласттшы; в критерии вводятся параметры смеси.
В опытах [Л. 59, 60[ критерий ((м изыенялса ат 1,3.10» до 1,65 1Оо; этому соответствовали изменения скорости и температуры паровоздушчога патона ат 9 да 1!5 м/с и от !2 до !4'С. Средний темцератл рный напор изменялся в опытах от 6 до 60 К. Коэффициент теалаатдачн огнесен к поверхности пластины Р„ », Объем нар н пластине составлял 407л. Согласно опытным данным [Л, 69, 60) и другим исследованиям коэффициенты тепло- н массоотдачи уменьшаются ао мере увеличения содержания пара в смеси.
Лля расчета массоатдэчи в [Л. 60) получено >равнение К вЂ” 2 10-»)( оо — ол -оо (! 4-47) о =! — е = — ' я Р' Р р»л — парцнальнае давление водяных паров у поверхности испарения; р »вЂ парциальнае данвегпгг водяньгх паров вдали от поверхности испарения; р †полн давление паравозд>шной смеси. Остальные ьрнтер>нл подобия такие же, как и в предыдущих уравнениях. Значение р».» берется нз таблиц водяного пара как давление насьпценив прн Г =1,. Величина »ш изменялась валы~ах от О,ООЖ5 до 0,0166. Как следует нз рассматриваемой рабаты, отношенве Р>гл/Хн» н равл!о постоянной величине н нвляетсл ф>нкцней сПецифичных крнтэрнсн, учитывалаших особенности совместна идущих процессов тепло- и магсоабиена: (7(аг/Ми»~) =0,7яоК.
Сопоставление »равнений (14-46) в (14-47) показывает, что а/Р илн а//»л» от скорости нг зависит. Температура пористой стенки зависит от большого количества различных факторов. Расчет ее следует производшь по уравнению (2-130). Расчет упрощается при аднабатичсскам режнлле испарения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
