Оглавление:
Теплоотдача при кипении жидкости
- Рассмотрим процесс теплопередачи от твердого тела (нагретой поверхности) к кипящей жидкости. Существует 2 основных режима кипения: пузырьковый и пленочный. Пузырькового кипения Его называют тем, в котором пар образуется в виде периодически зарождающихся и растущих пузырьков. Пузырьки пара могут возникать на нагретой поверхности и в объеме жидкости. Если…
Если температура поверхности нагрева Tw больше температуры насыщения жидкости T’, то при некотором переходе DT = T на поверхности нагрева появляется пузырь пара-«(КП-30). Если температура жидкости значительно превышает температуру насыщения при заданном давлении, в объеме жидкости появляется пузырь пара. Такие условия, например、 Давление падает очень быстро, и под ним появляется кипящая жидкость. Мембранным кипением называют такое, при котором на нагреваемой поверхности образуется сплошная пленка пара.
Сразу после отделения от поверхности нагрева. Людмила Фирмаль
Периодически в него вторгается большое количество жидкости. Введем понятие съемного диаметра пузырька Dₒ.Это называется диаметром сферы, объем которой равен объему пузырьков пара Во-первых, рассмотрим теплообмен при кипении в свободном движении внутри объема жидкости для простоты. Все направления велики по сравнению со съемным диаметром пузыря. Такой процесс кипячения (для краткости) называется массовым boiling. In процесс топления, жары сперва Слой жидкости у стенки, при насыщенной температуре, начинает зарождаться и расти пузырьками пара в отдельных частях нагретой поверхности.
Если размер соответствующего to₀₀、 Снимите поверхность и поплавок. Оставляя слой насыщенной температуры, пузырьки пара попадают в жидкость при низких температурах, где они конденсируются. Кипящая жидкость На нагретой поверхности в условиях, когда температура жидкости вне прилегающего к поверхности слоя ниже температуры насыщения называется кипением, нагревается вся масса жидкости При температуре насыщения пузырьки пара, образованные на поверхности нагрева, всплывают, чтобы достичь границы раздела между жидкостью и газом, или жидкость закипает при следующих условиях Большая часть жидкости нагревается до насыщенной температуры, которую называют кипящей насыщенной жидкостью.
Кипячение с перегревом и кипячение с насыщенной жидкостью、 Пузырь и кино. На рис. KP-2 и KP-Z представлены тепловой поток, оплачиваемый q коэффициентом теплопередачи a и разностью температур в Точке кипения (рис. KP-Z). Из рисунка видно, что при увеличении плотности теплового потока от поверхности нагрева к кипящей жидкости коэффициент теплопередачи сначала резко возрастает. От точки O на кривой a = f (q) до точки A. Эта часть кривой соответствует кипению пены. Участок кривой от А до В соответствует режиму перехода от быстрого сайта к чему-то вроде фильма.
Однако в зависимости от процесса теплопередачи кипящей жидкости, например, если тепловой поток генерируется электрическим нагревом, переход от пузырькового кипения к пленочному кипению является、 Линия AG. Сечения от B до D соответствуют кипению film. As вы можете видеть, что коэффициент теплопередачи при кипении пленки намного ниже, чем при кипении пузырьков. С пленкой При кипении кипящая жидкость отделяется от поверхности-lu-конвективный перенос добавляется к lu, и коэффициент теплопередачи начинает увеличиваться.
По мере того как температура стен повышается. Однако отношение лучистого теплового потока к этому тепловому потоку заметно только при очень высоких температурах стенки. Предположим, что он большой Кипение пленки происходит в условиях, соответствующих точке D (рис. X1I-2 и CP-3).по мере уменьшения плотности теплового потока кипение пленки преобразуется в кипение пузырьков. Здесь. Максимальная плотность теплового потока, возможная при заданных условиях при кипении пены, называется критической.
В больших объемах критическая плотность теплового потока соответствует условию точки A. In условия, соответствующие отрезкам кривой a = f (q) и a = f (BT), на рисунках X1I-2 и CP-3), должный к ряду QE от qA, пузыри и процесс фильма кипя могут произойти одновременно в различных частях нагревающей поверхности. Давайте перейдем к деталям Исследование процесса пузырькового кипения и теплообмена в большом объеме жидкости. Большой объем жидкости пузырьков кипения пузырьки пара пузырькового в центре парообразования. Так…
Центром испарения чистой жидкости (очищенной от мельчайших твердых частиц и газовых хлопьев) является индивидуальный ментальный объем (точка), в котором наблюдается разрежение Молекула, вызванная случайными флуктуациями. Такой основной объем называется зоной разбавления. Если жидкость перегревается, то есть температура тг выше, чем у жидкости При заданном давлении в таком основном объеме может образоваться пузырь пара. Определяет минимальный перегрев DT = Tl-T». Возможно наличие паровой пены. Для простоты предположим, что пузырьки пара являются spheres. It можно показать, что давление пара в пузырьках больше, чем давление .
Так, для окружающей жидкости температура насыщения парового пузырька Tr выше температуры насыщения на плоскости 7″при заданном давлении жидкости». Поэтому минимально необходимый перегрев должен быть равен DT = Tr-T. It выражается в параметрах двухфазного media. To для этого сначала найдите избыточное давление в пузырьке. Сравненный с жидкостным давлением. Скачок давления происходит на сферической границе раздела (границе раздела) между жидкой фазой и газовой фазой. Падение давления в прыжке можно определить по формуле Лапласа Drg(XII-31), где Drgr-избыточное давление паровых пузырьков радиуса R, Н / м \ а-коэффициент поверхностного натяжения между жидкостью и паром, Н / м.
Возникает дополнительный перепад давления, который можно определить по формуле (КП-32).Используя формулы (XII-31) и (KP-32), можно найти равновесную температуру насыщения. В пузырьке пара= + + + Ap ’> =cl Clapeyron-Clausius из уравнения (XII-33) it_ t — (PP -) DP RPP ’ где p, p-плотность жидкости и пара, кг! m (XII −34) (HP-ZZ) и (XII-34), возможный минимальный радиус/?Найдите минимальный перегрев жидкости, в которой имеются пузырьки пара.₁₁олт = ТК-Т ’ = — ^ — (xi1 — 35). В этой формуле радиус/?ₘi satisfies удовлетворяет условию термодинамического равновесия фазы. Из (КП-35), паровой пузырь, радиус которого меньше # Ми меньше, а перегрев дизельного топлива минимален, является.
Исчезая радиус больше чем 7 пузырей пара??»АиФ», происходит такой же перегрев дизельного топлива. Исследования показали, что радиус большинства возникающих разреженных зон составляет несколько На несколько порядков меньше зона разрежения, где радиусы появляются редко. Например, было установлено, что в воде зона размера равновесного пузыря появляется 1 раз 1 раз В 15cm3[691.As в результате зона молекулярного разбавления не оказывает существенного влияния на процесс кипения пузырьков в объеме жидкости. Обычно никакая отростчатая жидкость Проводится специальная очистка, в которую входят мельчайшие инородные тела и мелкие пузырьки.
Эти объекты являются центром испарения. Избыточное давление Сферический пузырь с газом и паром можно определить по формуле: (XII-36), где pᵣ-давление пены. Важные свойства пены с газом и паром、 Это критический радиус. Это максимальный радиус, при котором газосодержащий пузырь G кг сохраняет стабильное состояние. Критический радиус может быть определен из Формула 169) R » (XII-37), где Drgr определяется по формуле (XII-3G).С поведением пузырьков радиуса (XII-35), соответствующего термодинамическому равновесию фазы.
При критическом радиусе (XII-37) было установлено следующее: Если радиус парового пузырька, содержащего смесь(газ+пар), меньше равновесного, то он вырастет до равновесного размера. Если… Радиус пузырька, содержащего смесь, уравновешен, но если он меньше критического, то уменьшается до равновесного size. In в любом случае, пузырь сохраняется Его равновесный размер для заданного нагрева жидкости. Процесс образования пара, размер критический размер (7?P) продолжайте только с пузырьками выше.
Вполне возможно, что пузыри будут grow. In пузырь с критическим радиусом, когда масса газа уменьшается, избыточное давление Drgr увеличивается и критический радиус уменьшается. Твердая верхняя часть Поверхность нагревательного центра испарения представляет собой небольшое углубление, заполненное газом или паром. Такие неровности рассчитываются по формуле (КП-35). Радиус углубления был заменен. Из рисунка видно, что значения перегрева, полученные расчетом и измерением, хорошо matched. By эксперимент, процесс .
Зарождение новой фазы в пузырьках и в газонаполненном углублении происходит одинаково и может происходить при очень малом количестве жидкости overheating. In термины технологии、 Например, с металлом, процесс кипения при атмосферном давлении начинается с небольшого перегрева жидкости на несколько градусов. В качестве поверхности нагрева в использовании Например, в стакане с небольшим углублением, которое намного меньше металлического, можно увидеть, что процесс кипячения при атмосферном давлении начинается с перегрева около 50° С.
Результат эксперимента с учетом вышеизложенного подтверждает предположение о том, что центром испарения твердой поверхности нагрева являются небольшие углубления и трещины.、 Он заполнен газом или паром. Со временем газ, заполняющий углубление, может быть израсходован. Однако пар, образующийся в конической выемке, не полностью расходуется на образование Еще один пузырь. Та часть пара, которая остается на дне углубления, служит ядром новой фазы(пара).Если размер эмбриона превышает равновесный размер пузырька пара в определенный момент времени При перегреве жидкости эмбрион называют жизнеспособным.
Это связано с постоянно возникающими из него пузырьками пара, которые уплывают от поверхности. Все ядра новой фазы Поверхность нагрева жизнеспособна для определенного перегрева жидкости, так как ее размер незначительно превышает равновесный или критический размер пузырька. Увеличение перегрева Количество жизнеспособных эмбрионов увеличивается. Из Формулы (KP-35) большой DT-это малый R? N, то есть в перегреве, приведенном для малых Размер не выполним, он стал выполнимым с более высоким перегревом. Рост пузыря происходит следующим образом. Сведите к минимуму перегрев этих жидкостей В таких условиях образуется пузырь пара минимального радиуса (HP-35).
- Например, когда размер пузырька увеличивается очень незначительно за счет проникновения некоторых молекул из воды в объем пара.、 Равновесие нарушается, и начинается его стремительный рост. Давайте поговорим о this. As размер пузырька увеличивается, поверхностное натяжение уменьшается и давление внутри пузырька уменьшается Флаконы (XII-31); последняя ситуация приводит к увеличению скорости испарения жидкости. Однако, когда жидкость испаряется, температура падает вблизи пузырьков、 Это позволит значительно снизить темпы роста bubble. As пузырь становится больше, так же как и лифт.
Когда подъемная сила увеличивается, она достигает следующих значений: Происходит отделение пузырьков от нагретой поверхности и последующий подъем. Однако отделение пузырьков происходит не только под действием подъемных сил, но и участвует в этом процессе. Другая сила. С ростом, пена на нагревательной поверхности двигает, устанавливая рядок некоторой жидкости дальше it. At в то же время, пена прорезывает в жидкостный слой, но、 Нагрев поверхности, ее рост замедляется down. In в этом случае восходящий поток инерции потока жидкости над пеной отрывает пену от поверхности. surface. In экспериментальные исследования[69]、 Процесс роста пузырьков в большом объеме жидкости при насыщенной температуре длится 1/40 секунды.
После отделения пузырьков поверхность, на которой образуются пузырьки, охлаждают. Людмила Фирмаль
После разрыва мочевого пузыря следует пауза примерно в 1/40 секунды. Начинается рост следующего пузыря. Вода, которая входит в место всплывающего пузыря, также имеет некоторое охлаждение、 Поэтому требуется некоторое время, чтобы нагреть оба (пауза).Частота образования пузырьков пара измеряется в 1 /сек и зависит от величины съемного диаметра пены О₀.Опыт Эта зависимость описывается приблизительно гиперболой, т. е. Dₒu » const. (XII-38) величина Dₒu, которая измеряется в м / с.
Поверхность нагрева; она зависит от многих факторов и ее аналитическое определение до сих пор невозможно. Для воды и тетрахлорметана (CC1₄) это значение равно Dₒu= = 280 м / с / 69J. однако в некоторых работах были получены и другие данные[79v1.Скорость роста пузырьков пара оказывает существенное влияние на гидродинамическую обстановку слоя жидкости. Непосредственно примыкает к поверхности нагрева; рост и отделение пузырьков нарушает этот слой и приводит к усилению теплообмена. Когда вы увеличиваете давление.
Кипя жидкость, после этого прочность передачи тепла будет increase. As при этом давление увеличивается, температура насыщения также увеличивается, но коэффициент поверхностного натяжения уменьшается About. As в результате значение перегретого Tw-T, необходимого для поддержания процесса кипения пузырьков, уменьшается. В этих условиях количество жизнеспособных ядер новой фазы увеличивается Активация меньшего центра испарения приводит к усилению теплообмена. Теплопередача при кипении массы жидкой пены Определение теплопередачи путем решения определенной системы уравнений для этого процесса до сих пор невозможно.
Определена теплопередача при пузырьковом кипении от поверхности нагрева к жидкости Экспериментально, результаты представлены в стандартной форме. В процессе кипячения тепло в основном передавалось жидкости и находилось лишь в небольшом количестве (Несколько процентов) к паре. Если разница температур мала, то при = Tw-Т «стенка Ти > и жидкость Т» тепло передается за счет естественной конвекции жидкости. С увеличением DT, движение жидкости может вызвать появление пузырьков пара, процесс роста, разделения и кипения пены из-за flooding. In будущее Мы обсудим процесс кипения пузырьков, который был разработан.
Это называется процессом, и в кагоре процент тепла, передаваемого естественной конвекцией, невелик и им можно пренебречь. Через анализ В системе уравнений процесса теплопередачи получены соответствующие нормативы. Эти критерии устанавливаются секцией. III. In дополнение к известным номерам и стандартам、 Новые, специфичные для процесса кипения, такие как Nu, Re, Pr и др., получаются. Из новых критериев только 1 был использован для составления критериев Общее уравнение приведено здесь. Другие можно найти в специальной литературе 145).
Из условий теплового взаимодействия на границе раздела фаз gr ’(KP-39), w’»- Расход пара двухфазной системы, м / с, получены следующие критерии: K. =(XII-40) измеренное в qlrp » значение, w ’/(w«), можно рассматривать как шкалу скорости перемещения Жидкий элемент в случае, если движение жидкости вызвано процессом evaporation. It было установлено, что процесс испарения практически не зависит от размера и высоты поверхности нагрева Уровень жидкости включен it. So чтобы кипение не влияло на искомое значение, опорное уравнение теплопередачи в случае кипения (гл.111) должны быть compiled. So … В связи с этим, количество(.=(X11-41) вводится в критерий как определенный размер.
Связь между следующими критериями можно найти: ню.«Ф(Ре; к).; Pr), (XII-42) где Nu, = число Nusselt Re, P1 и 1 * являются стандартами Рейнольдса. Заметим, что приведенная выше зависимость не учитывает влияния всех норм, полученных для теплообмена при кипячении. Далее, формула (XII-42)не учитывает факторы, определяющие центр испарения. Потому что это все равно невозможно сделать вообще. По указанной причине эта зависимость является приближением. Но Показано, что зависимость вида (XII-42) близко аппроксимирует экспериментальные данные. Объедините критерии Re с K, Re и-K » =для создания нового критерия определения.
Рассчитанная зависимость вводится по новому критерию в виде: вид формулы для определения коэффициента теплопередачи, полученной в (69), равен Nu. = — J — {- SLl. yPr£(ХП-43) где ргж=- Жидкий тест Прандтля. величина с зависит от угла смачивания 0 (рисунок хп-5, А, Б) и, следовательно, от сочетания жидкости и поверхности. значение c показано в таблице. XII-2.Формула с точностью±20% (X1I-43) показывает, что давление жидкости составляет около 1 От 1 бар до 170 бар. Передача тепла во время кипения пузыря под принудительным условием конвекции жидкости так, что процесс кипения пузыря произойдет в пропуская трубе.
Принудительное перемещение жидкости может привести к более сильному теплопередаче, по сравнению с кипячением при большой емкости, в которой жидкость движется свободно. Увеличенная прочность Теплообмен происходит тогда, когда турбулентное возмущение, вызванное вынужденным движением жидкости, больше возмущения, вызванного образованием пузырькового пара. Другой случай, который вызывает возмущения турбулентности больше, чем вызванные вынужденным движением жидкости из-за очень высокого теплового потока density. So … В этом 2-м случае коэффициент теплопередачи зависит от теплового потока точно так же, как пена кипит в больших количествах.
Несколько способов определения Коэффициент теплопередачи при пузырьковом кипении в условиях вынужденного движения жидкости. Например, было предложено уравнение 145).к(ХІІ-44) где A-коэффициент теплопередачи K. Принудительный поток кипящей жидкости, требуемое значение; коэффициент теплопередачи для принудительного потока кипящей жидкости (гл. X); » Oo-разработанный коэффициент теплопередачи Когда скорость вынужденного течения кипящей жидкости перестает на него влиять. 0, состояние кипящей воды в чистых трубах при скоростях от Лм / с до 6,7 м / с .
В тепловой поток от 2-10 ’западной долготы / лк Ио-10 их / Н’, мы обнаружили, что (ХП-44)/ 1 = 2.«величина стоимости определяется по формуле: ОО = с?⁰ ⁷ .Где с-коэффициент пропорциональности. Зависит от давления. Например, из опытов с кипящей водой в трубе, Р-10 -’, к / ф = 10 20 40 80140 Сяз, 2 3.7 4.3-6.4 11.2 формула (КП-45) соответствующая для двухфазного Поток с объемом пара ниже 0,7.При кипячении жидкости в трубе выделяют следующие 3 зоны: 1)зона нагрева длиной Z. граница от входа жидкости Нагревают часть трубы до участка, где температура стенок достигает температуры насыщения. Здесь происходит конвективный теплообмен. Х; зона кипения .
Длина жидкости да-L,; здесь вся жидкость нагревается до температуры насыщения. 3) зона кипения начинается от секции Yes и продолжается вниз по течению. Презентация метода В 3-й зоне этому будет посвящен раздел с определением коэффициента теплопередачи. Для простоты мы расширим эти методы до 2-го zone. It начинается с раздела из Подвод жидкости к нагретой части трубы осуществляется на расстоянии Lj. Расстояние L равно, Формула 1451 ₍ ₍ ₍ ₍G Go-скорость жидкости, м / с -, т\ — температура насыщения Расстояние от входного отверстия до участка трубы D; » на входе в нагретую часть трубы находится температура жидкости.
D-диаметр трубы. Теплопередача в пленке pipipsnpp в свободных условиях Рассмотрим процесс теплопередачи при кипении пленки жидкости на вертикальной пластине относительно ламинарных условий пленки вынужденной конвекции жидкости. Первая половина§ 1 настоящей главы Рассмотрен метод аналитического определения толщины конденсированной пленки путем решения соответствующей системы уравнений и граничных условий. Для конденсата и пленки пара Ламинарный поток использует ту же систему уравнений.
Толщину паровой пленки и конденсата можно определить аналитически. Здесь вам будет дан финал Приведены уравнения, описывающие ламинарное течение паровой пленки, и результаты решения системы граничных условий. Подставим зависимость толщины, найденную аналитически в Формулу (XII-47) Для 6 паровых пленок получена формула, позволяющая определить локальный коэффициент теплоотдачи a.Для естественной конвекции жидкостей формой такого выражения является[45].Здесь (XII-48） Для каждого значения 0,690 и 2 p изменяется следующая область ограничения.
Первая предельная область течения-скорость жидкости на границе раздела фаз равна нулю, то есть > gr = 0; 2-я предельная область течения-вся масса жидкости движется со скоростью, равной скорости пара на границе раздела фаз. Средний коэффициент теплопередачи пластины длиной L В уравнении (XI1-49) 2 * ’ кипение пленки, тепло передается конвекцией и излучением(передача тепла излучением).Поэтому коэффициент теплопередачи в этих условиях равен Всего » с! I = «k +» p. (KhP-50), где ai-коэффициент теплопередачи при конвекции (XI1-48 и XI1-49). ar-коэффициент теплопередачи излучения (см. Главу 13).
Получено уравнение, учитывающее как коэффициент теплопередачи ah, так и конвективный теплообмен и лучистый теплообмен вынужденного движения жидкости и имеющее следующий вид: (XII-51） При выводе формулы (XI1-51) были сделаны следующие допущения: предполагалось, что отношение коэффициента теплоотдачи за счет конвекции и излучения является постоянной величиной, обусловленной подъемом.
Сила может быть neglected. In формула (КП-51) / > = −2;Коэффициент (Jj изменяется от 0,50 до 0,705 соответственно в 2 предельных режимах течения).предел Р равен 0,500、 0.705, теоретически определено. Средний коэффициент теплопередачи пластины длиной L рассчитывается по формуле prp-g (p — p’) DP (1+*) (XII-52) (KP-52). Результаты измерений нескольких различных жидкостей при различных условиях течения показали, что» значения коэффициентов » были найдены экспериментально и варьировались в пределах от 0,500 до 0,705. То есть не выходите за пределы значений, найденных в теории.
Смотрите также:
| Теплоотдача в трубах и соплах | Критическая плотность теплового потока |
| Теплоотдача при конденсации и кипении жидкости | Теплообмен излучением |
