Теплопередача. Учебник для вузов. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел, 1975 (945106), страница 63
Текст из файла (страница 63)
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.
В качестве центров могут быть неровности в виде впадвн шероховатой поверхности, а также различные трешнпы, канавки н др. К навболее бчагопрнятным условиям образования йузырька относятсв условна, при которых затрачиваемая работа будет минимальной. 296 Зависимости (13-1) н (13-2) позволяют выразить критический р»- днус пузырька: хт .г. (т — т) [13.3) Ряс 13-1. Ц определенвы нннннноь. ного рнлнусн парового пузыря 8 н «рненапз угла 8 о„-.л нг г о,— мы Работа, затрачиваемая на образование пузырька в объеме жидко. сти (Л.
104), выражаезся зависимостью Х, = — бр )г 1 оЕ, где У в Т вЂ” объем н поверхность пузырьков. Величина ор есть работа образования ыежфаэной поверхности Р. Чем меньше работа /., тем больше вероятность вскипвния, так как вероятность пропорциональна ехр( — Е/йу ), где А= 1,38.18™ Дж/К— постоянвая Болызмаиа. Объем и поверхность пузмрькв составляют — и/(г» и 4н/сн. Поэтому 4 3 выражение для Е можно, учитывая формулы (!3-1) — (13-3), записать так: 4 1Ш 16 ' ГТ "= за» з (гы)' (, ас / Отсюда видно, что чем больше перегрев жидкости б!=Т вЂ” Т„(н больше бр нли меньше /г ), теы меньше величина работы Ь. Итак, вероятность начала вскипаипя перегретой жидкости в обт:еме увеличивается по мере увеличения перегрева.
Физические условия появления пузырьков на зеплоотдаюшей поверхности по многом сходны с рассмотренной картиной объемного вскипания. Главное отличие состоит в том, что паровой пузырек кроме межфазвой поверхности будет иметь поверхность раздела тверлое тело — жвдкосгь, нн которой обычно молекулярное сцепление более или менее ослаблена.
Поэтому величина слагаемого в выражении для /-. указмвающего работу образования новых поверхностей раздела фаз. оказывается количественна меньше!!. В итоге меньшей становится в вся величина минимальной работы, а соответствующая вероятиосп возникновения пузырька — большей. Е Молекучярное сцепление на твер- дой поверхности тесно связана с рас- ,гл' р в смотреииым в э !2-1 явлением смачи- †.....
†. го л зг вания. На рис. 13-1 схематически по- лгл .- =.Ф " в нсг казан пузырек пара критического г:..4огзлч зл' .')гл1сгзкп:чзбе размера, возпнкаюп1ий иа плоской по- г, верхносги нагрева при условии, что жидкость смачивает зту поверхность нагрева и краевой угол при кипении 8 он<зг/2. Рядом показана форма пузырь- нн о з ч ка на несмачиваемой поверхности пРи 8 ы>к/2. РассмотРим слУчав 8 <и/2. ПолнаЯ повеРхиость )с пузырька состоит из части Р , на которой пар соприкасается с жидкосп,ю н основания пувырька Рс. Определим работу образования новых поверхностей раздела при цоявлевии такого пузырька па поверхности теплообмева.
До появления пузырька поверхности Р не было, а участок Р» омывался жидкостью. Поверхностная энергии ня этом участке была Р,ож, После возникновения пузырька образовалась поверхность Ры и была затрачена работа Р о . иа ее создание. Кроме того, на поверхности Ро произошло замещение жидкости паром, иа что потребовалась энергия (Рсомс — Рсо,о). Работа отрыва жидкости от поверхпостк 297 называется работай адгеэии. В иъзге образования новых поверхностей при появлении пузырька на плоском участке поверхности твердого тела эта работа равна; р омл+р«(о л — и«.
). Согласно рве. 13-1 о«л — п««=о«з сов 6 (индексы «ж», «п» п «кип» далее опускаем). Поэтому предыдтшее выражение принимает вид: Р. ~1 — —,' П вЂ” сгиб)~ г, и А= — брр+Р«(1 — — „— "' (1 — созй)~. г« (13.5) В случае, рассмотренном на рпс. 13-1, отношение поверхности основания Г, к полной поверю1остн Г п!пырька можно выразить через три- гоноиетрп 1еские функции от величины О Од— пака припеденное выражение применимо так— — — — — 1ке для более общего случая, когда пузырек — образуется не иа плоском участке (как на — — — рис.
13-1). а в углубленна илп па выступе элемента шероховатости произвольной формы / Рс!/,' '.: Ф ф (Л. 135. 136) (рис. 13-2). Тогда отношение ®фаз: ф яЩ рг)р характеризует ту долю поверхаасти пузырька. ва которой пар соприкасается с поверхностью нагрева. Отнпшеиие зависит о1 рве. 1з-з, к овэюе««нпю фопмы элемента шероховашсгн, При этом п«резях пззпрь«аз «а по. верхкштп с гтзгсзею1япп. Работа образования граничных поверхностей будет тем меньше, чем больше отношение Р,/Р и чем больше величина краевого угла 6. Следовательно, наиболее вероятными местами возникновения пузырьков пй теплоотдяющей поверхяоств будут элементы шероховатости в виде углублений, впадин н именно те из пях, в которых местные условия смачиваннп по каким-либо причинам укудшены.
Локальное ухудшение смачиваняя (увезкченне 6) может вызываться неоднородностью материала поверхности,инородными включениями, разлвчнымн загрязнениями н,в частности, трудноудаляемыми адсорбциаппыл1и пленками масел и жаров, »1ехапическипи напряжениями н т. п. Сиял«ение давления при прОчих равных условиях прпнодп1 к умепыпезию абсолютной величивы первого слагаемого правой части зависвмосзи (13-5), т. е, к увеличению работы на образавзяие парового пузырька. Вследствие этого при уменьшении дав«1еппя качало процесса парообразовання сдвигается в облас~ь более высою1х перегревов жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
