Оглавление:
Пузырьковое кипение
- На сегодняшний день полностью удовлетворительный механизм в отношении пузырькового кипения не предложен. Экспериментальное исследование Лампи было посвящено измерению свойств кипения. Результаты были описаны с использованием эмпирической формулы, составленной из безразмерных групп. Но расхождения в экспериментальных данных различных исследователей подорвали достоверность большинства предложенных уравнений. Недавно было предложено уравнение, частично основанное на механической концепции. Они обсуждаются далее в этом разделе. Многие аспекты кипения еще не были объяснены, поэтому расчет коэффициента теплопередачи без экспериментальных данных может легко привести к ошибке около 100%.
Пена formation. It в химических лабораториях часто наблюдалось, что жидкость в стеклянной посуде не кипит при температуре насыщения, которая соответствует атмосферному давлению. Дело в том, что если аккуратно обращаться с чистой жидкостью в чистой стеклянной посуде, то жидкость выше 55°С может перегреться. Но если вы добавите в систему загрязняющие вещества, перенасыщение быстро уйдет, и произойдет быстрое кипение.
Таким образом, на величину общего термического сопротивления- рассматриваемой многослойной стенки большое влияние оказывает воздушная прослойка, которой невозможно избежать даже при самой тщательной пригонке двух стенок. Людмила Фирмаль
Явление перегрева наиболее ярко проявляется в вышеуказанных некипящих и неустойчивых системах, но оно также наблюдается и во всех кипящих системах. Температура кипящей жидкости, которая измеряется на расстоянии от поверхности нагрева, часто на 1 градус выше температуры пара над жидкостью. Пар имеет температуру насыщения. Вблизи поверхности нагрева температура перегрева жидкости колеблется от 17 до 28°С. Эта зона очень узкая.
Большая часть перепада температур обычно происходит на расстоянии менее 1 мм от нагревателя. Описание перегрева кипящей системы состоит в том, что насыщенная температура и насыщенное давление (то есть те, которые находятся в паровом столе), которые обычно используют инженеры, могут быть применены к равновесию пара и жидкости на плоскости. Напишите уравнение равновесия сил, действующих на экваторе сферического парового пузырька радиуса r. это происходит ввиду того, что внутреннее давление Р8 превышает давление окружающей жидкости Р1 на определенную величину, которая уравновешивается поверхностным натяжением, стремящимся сжать пузырьки.
Возьми (27.1） Откуда (27.2). Для достижения очень высокого избыточного давления p8-p ^в мелких пузырьках температура жидкости, в которой образуются пузырьки пара, должна быть значительно выше температуры насыщения плоской поверхности. Если есть пузырьки с большим радиусом кривизны, то необходимое избыточное давление будет небольшим, и кипение начнется с меньшим перегревом. Идеально чистая жидкость в контакте с плоской поверхностью нагрева теоретически требует бесконечно большого перегрева. Однако жидкость — это не сплошная среда, а группа молекул, которая действует как кипящая Center.
Кроме того, условия полной чистоты и плоских поверхностей недостижимы, поэтому наилучший перегрев наблюдается примерно при 55-110°С. роль твердых загрязнений в предотвращении быстрого кипения можно, вероятно, объяснить большим радиусом кривизны образующихся в них пузырьков. Однако кипячение не требует наличия посторонних примесей, его можно начинать с нагретой поверхности. Многие эксперименты показали, что металлическая поверхность, отполированная наждачной бумагой, имеет более высокий коэффициент теплопередачи, когда поверхность отполирована грубой бумагой, чем при использовании тонкой sandpaper. An пример результата показан на рисунке. 27.2. 1.
Одним из способов влияния состояния поверхности на процесс кипения является удержание пара в углублениях поверхности до начала кипения begins. In вмятины на поверхности нагревателя、 27. 2. Коэффициент теплопередачи от Н-гексана до кипения на плоской поверхности, отполированной 3-мя сортами наждачной бумаги[89]. Наждачная бумага: а-Х-0; б — 0. в-2 (Самый грубый).
- Воздух начинает кипеть, но через некоторое время весь воздух рассеивается, и в паровом пространстве остаются только вещества, которые кипят. Если дно углубления круглое, то жидкость заполнит все углубление, когда кипение прекратится. Когда кипение возобновляется, они не действуют как источник пены. Но если дно впадины неровное и есть острые углы, то когда кипение прекратится, жидкость не заполнит всю впадину. Граница раздела между жидкостью и паром перемещается в углублении, но в этом случае поверхностное натяжение действует в том же направлении, что и давление в паровом пространстве, чтобы уравновесить давление жидкости.
Жидкость имеет достаточно малый радиус кривизны поверхности и составляет n / n 2a «r будет равен p/, и стабильных газовых карманов не останется. При дальнейшем нагревании пена снова будет выделяться из этого места. Поведение пузыря. Образование, рост и отделение везикул происходит очень быстро. Исследования с использованием фотографий показали, что общее время между двумя последовательными отделениями пузырьков часто составляет всего несколько сотен минут 1 секунду. Быстрый рост и отделение пузырьков пара вызывает сильную турбулентность жидкости, особенно в зонах высокого перегрева вблизи поверхности нагревателя.
Чугунная стенка толщиной 10 мм и алюминиевая стенка толщиной 20 мм положены друг на друга таким образом, что между ними имеется воздушная прослойка толщиной 0,01 мм. Людмила Фирмаль
Эта турбулентность способствует передаче тепла от поверхности нагревателя к жидкости, которая испаряется на поверхности пены. Быстрый рост пузырьков и турбулентное течение жидкостей способствуют друг другу, и этот механизм может вызвать высокий коэффициент теплопередачи при кипении. Эксперименты показали, что коэффициент теплопередачи пропорционален концентрации активного центра испарения и изменяется в некоторой степени от 0,25 до 0,46, но теоретическая основа этой зависимости неизвестна.
Количество активных центров на поверхности нагревателя увеличивается с увеличением перегрева, но, возможно, об этой зависимости мало что известно, кроме того, что она связана с шероховатостью поверхности и физическими свойствами кипящей жидкости. Точный расчет коэффициента теплопередачи при кипячении будет возможен только после того, как механизм процесса будет полностью выяснен. Зависимость коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении. Недавно предложенные 2 зависимости Розенау [137]и Форстера и Зубера [47] хорошо применимы к описанию коэффициента теплопередачи при кипении. Обе зависимости имеют некоторое обоснование, но в конечном счете они опираются на комбинацию безразмерных групп.
Поэтому нет объяснения с точки зрения механизма кипения. Оба находятся в уравнении. есть видеозапись. ЛКИ = aBeBrc. (27.3） Решающая скорость, которую Розенау применил в Be, будет равна nU. Где/ — частота образования пузырьков в активном центре (пузырь в 1 секунду), n-число активных центров на единицу поверхности, V& — объем пузырька. Количество] nVj имеет размерность скорости. С другой стороны, в уравнении(27.3) скорость Форстера и Зубера равна радиальной скорости поверхности растущего пузыря. Форстер и Зубер обнаружили, что произведение радиальной скорости и радиуса пузырька не зависит от времени.
Число Рейнольдса с этим продуктом также не зависит от времени и может быть вычислено из физических свойств жидкости. Обе вышеприведенные формулы, по-видимому, имеют более прочную основу, чем многие полностью эмпирические формулы, которые им предшествуют, но они еще не обеспечивают полностью надежного способа расчета коэффициента теплопередачи при кипении. Одна из трудностей заключается в том, что мы знаем влияние не одной переменной. При подаче тепла от электронагревателя диаметр провода изменяется.
Если тепло подается из горизонтальной трубы, то средний коэффициент теплопередачи при кипячении будет зависеть от размера трубы, в то время как локальный коэффициент теплопередачи при кипячении будет варьироваться от 100% до нижней части трубы. Влияние поверхностного натяжения на коэффициент теплопередачи при кипении не известно. Вестуотер [170], всесторонний обзор состояния знаний о кипении, показал случай, в котором влияние поверхностного растяжения на коэффициент теплопередачи при кипении описывается уравнением. а = sopz1sgp,(27.4） Индекс n, рассчитываемый разными исследователями, колеблется от 2,5 до 1,275. Влияние перегрева на коэффициент теплопередачи при кипячении различно.
Многие промышленные устройства имеют данные, которые можно приблизительно описать уравнением 1A = const1 (L*) 2’5. (27.5） Однако для медных труб был зарегистрирован низкий индекс 1,4, но плоская поверхность, отполированная грубой наждачной бумагой, может дать индекс 2,5. Вывод, который можно сделать из современных знаний о кипении пены, заключается в том, что значение коэффициента теплопередачи при кипении не может быть достоверно рассчитано, Хотя существует определенное представление о процессе кипения. boiling.
Смотрите также:
| Влияние шероховатости поверхности на коэффициенты теплоотдачи | Максимальный тепловой поток. Плёночное кипение |
| Кипение. Виды кипения | Конденсация. Механизм конденсации |
