Оглавление:
Теплоотдача при кипении в большом объеме
- При кипячении, процесс теплообмена между жидкостью и поверхностью нагрева сопровождается превращением жидкости в пар. На рисунке показано изменение температуры до толщины слоя жидкости, которая кипит в больших количествах, не будучи вынужденной двигаться под нормальным давлением. 12.1 (/- расстояние от поверхности нагрева). Пар над поверхностью кипящей жидкости имеет температуру насыщения. Температура изменяется незначительно по толщине слоя кипящей жидкости, исключая часть, непосредственно прилегающую к стенке.
Температура большинства жидкостей всего на 0,4-0,8°выше температуры насыщения. В слое у стены жидкость будет перегреваться. Его температура выше, чем у насыщенного пара. Из-за отсутствия постоянной границы раздела между жидкостью и паром возможен перегрев жидкости вблизи стенки. Также процесс испарения происходит только после появления пузырьков пара. Такие пузырьки появляются в центре испарения. Если степень перегрева жидкости увеличивается, то пена пара может увеличиться. Таким образом, на нагреве создаются наиболее подходящие условия для появления пены surface.
Охлаждающее устройство окружают каналом и, таким образом, поток воздуха, прежде чем поступить в охладитель, замедляется, а затем повышение давления, получившееся в результате замедления движения воздуха, используется опять для ускорения его движения. Людмила Фирмаль
Кроме того, Центром испарения является шероховатость поверхности нагрева, пузырьки воздуха или пара、 Он освобождается от жидких или твердых стенок. Пар имеет более низкую теплопроводность, чем жидкость, поэтому вблизи пузырька жидкость перегревается, на поверхности нагрева увеличивается. Размеры пузырьков быстро увеличиваются, и под влиянием подъема и конвекции пузырьки отделяются от стенок и поднимаются на свободную поверхность жидкости. Этот процесс повторяется регулярно. В центре испарения. Сила поверхностного натяжения-устанавливается из условия равенства подъемной силы.
Для диаметра пузырька пара при разделении получено следующее теоретическое уравнение: (12-1） Где o-коэффициент поверхностного натяжения. 0-угол контакта, характеризующий смачивание поверхности жидкостью (рис. 12.2); p ’- p ’ — разность плотностей жидкости и пара. §- Ускорение силы тяжести. Пена пара, проходя через жидкость, перемешивает ее, что приводит к усилению теплообмена.
Таким образом, интенсивность теплообмена при кипении определяется частотой отделения пузырьков и числом активных центров испарения. Наблюдая за процессом кипячения воды, можно заметить, что около 95% паров образуется при движении пузырьков воздуха, в то время как только 5%-остается на поверхности нагрева. Пузк’оковое / Пепельный. / Я — 7 дюймов Значения температурного напора / = 1i-I, a; /и −1″(где I-температура насыщенного пара) определяют механизм испарения и интенсивность теплообмена. На рис. 12.3 показана типичная зависимость коэффициента теплоотдачи и тепловой нагрузки (плотности теплового потока) от температурного напора D =-I.
Низкие температуры Что касается давления, то количество пузырьков, отделяющихся от поверхности нагрева, невелико, что не может вызвать существенного перемешивания жидкости. В этих условиях коэффициент теплопередачи определяется только свободным движением жидкости, а коэффициент теплопередачи незначительно возрастает с увеличением DL. Этот режим кипения называется конвекцией (зона а на рис. 12.3). в воде с абсолютным давлением p = I бар наблюдается режим конвекции до D 5°, а тепловая нагрузка достигает около 6000 Вт! М. С увеличением температуры напора количество активных центров испарения увеличивается, а частота отрыва пузырьков несколько возрастает.
Если пузырьки вызывают бурное перемешивание жидкости, то начинается состояние развитого пузырькового кипения, при котором коэффициент теплопередачи и тепловая нагрузка не испаряются непрерывно потоком жидкости, а пузырьки пара затрудняют сближение с жидкостью.__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ …… Образование. При постоянной тепловой нагрузке, многочисленных активных центрах испарения и эффекте вытеснения пузырьков на жидкость, пузырьки пара соединяются с пленкой, сначала покрывая отдельные участки поверхности, а затем полностью отделяя жидкость от нагретой поверхности. Пленка постоянно разрушается, выходя с поверхности нагрева в виде крупных пузырьков.
Вместо разрушенной паровой пленки появляется новая. Этот фурункул называется пленочным фурункулом. В этих условиях тепло передается от поверхности нагрева к жидкости через теплопроводность, конвективный перенос и излучение, а испарение происходит с поверхности пленки. Появление пленки пара приводит к резкому падению коэффициента теплоотдачи, так как теплопроводность пара значительно ниже, чем у жидкости. Тепловая нагрузка также снижается(зона с).Когда пленка покрывает всю поверхность нагрева, условия теплообмена стабилизируются Она резко возрастает(зона в).Теплообменная поверхность со-1 к этому surface.
- To центр поплавка. При дальнейшем увеличении Д / коэффициент теплопередачи практически не изменяется, а тепловая нагрузка увеличивается пропорционально Д/(зона О). кроме того, коэффициент теплопередачи в 20-30 раз превышает максимальный. Область перехода g = /(D0) от кипения пузырьков к пленочной зависимости имеет максимальное значение. Режим, соответствующий максимальному значению тепловой нагрузки, называется критическим. При атмосферном давлении воды, D / bp = 25°, и|₁Р = 5,8 * 10 * Вт / (мг•град}и7cr = 1,45•10 * Вт / мг, то есть в этих условиях случая тепловой поток в 250 раз больше, чем в начале пузырькового кипения произошло.
При повышении давления критическая тепловая нагрузка сначала увеличивается, а затем уменьшается. Например, для воды максимальная критическая тепловая нагрузка достигает около 80 бар при абсолютном давлении, а ее величина в 3,2 раза превышает атмосферное давление. Анализ экспериментальных данных показывает, что максимальная критическая тепловая нагрузка получается при р =(0,3-0,4) rbp. Где rbp-одинаковое давление в Удельном объеме кипящей жидкости и сухого насыщенного пара. Переход от пузырькового кипения к мембранному сопровождается резким повышением температуры поверхности нагрева и уменьшением теплового потока, что может привести к авариям.
Так как для всех газов значение критерия Прандтля лишь незначительно отличается от единицы, то при известном сопротивлении уравнение (8-7) всегда дает правильное представление об интенсивности теплообмена. Людмила Фирмаль
Поэтому для получения высокой прочности теплопередачи в процессе эксплуатации желательно достичь температурного давления, которое несколько ниже критического давления, но близко к ним. Для криогенных жидкостей с низкой температурой насыщения мембранное кипение не связано с чрезмерным повышением температуры теплообменной поверхности и риском ее разрушения. С другой стороны, низкое значение коэффициента теплопередачи при мембранном кипении снижает потери жидкости при естественном кипении. Поэтому для криогенных жидкостей режим мембранного кипения представляет практический интерес.
Отметим, что величина критической тепловой нагрузки при переходе от пузырькового кипения к пленочному кипению отличается от величины критической тепловой нагрузки при обратной миграции ^ bp. Значение>?Он значительно превышает ад | 7vr. In в дальнейшем учитывается только критическая тепловая нагрузка, соответствующая переходу от пузырькового кипения к пленочному кипению. Описана сложность процесса теплообмена при кипении, статистические свойства основных параметров, определяющих процесс кипения (число активных центров испарения, частота разделения пузырьков, диаметр пузырьков при разделении*).
Система дифференциальных уравнений является наиболее вероятным ходом этого процесса с определенной графизацией. Для обобщения экспериментальных данных по теплопередаче при пузырьковом кипении возможны различные системы с одинаковыми числами. Г. Н. Кружилин, Д. А. Лабунцов и С. С. Кутателадзе В. М. наиболее широко известные аналогичные уравнения, предложенные совместно с Боришанским. Приведены результаты обобщения экспериментальных данных по теплопередаче при пузырьковом кипении. А. рассмотрим величину критической тепловой нагрузки на основе системы аналогичных чисел, предложенной Лабунцовым.
Обобщение экспериментальных данных по теплопередаче при пузырьковом кипении различных жидкостей привело к следующему уравнению: Ми, КК? ПРГУ*, (12.2） Куда? Ли= -^ -; К =-^-; Л коэффициент грюнайзена. g-теплота испарения жидкости. I * — характерный размер, величина которого пропорциональна диаметру пузырька в момент зарождения и определяется по формуле (G, температура сухого насыщенного пара. p ’и c’ o-плотность и теплоемкость кипящей жидкости). Уравнение (12.2) суммирует экспериментальные данные для K = = 10_ *—10 и Pr,= 0.86-7.6.
В K, вам нужно взять> 10 -.？ = 0,125, n = 0,65; В K, менее 10-c = 0,0625, n = 0.5.To рассчитайте кипение жидкого металла и K,> 0,01, уравняйте показатель числа Прандтля с показателем числа K. все физические параметры жидкости в Формуле (12.2) выбираются согласно T. Для конкретной жидкости, формула расчета значительно упрощается. Например, для пузырьковой кипящей воды с Р = 1,0-40 бар а-3.14?»p⁰», в центре высокого класса). (12.3） Рг ’ = — 0.86–13.1 если критическая жара Нагрузка определяется уравнением Реер = 68Ag ’ / ’РГ’, (12.4） Куда? Рассмотренная формула правильно характеризует процесс теплообмена только при смачивании жидкости.
Жидкий чехол Не смачивайте поверхность*, тогда пена будет иметь форму, показанную на рис. 12.2, б. в этих условиях коэффициент теплопередачи мал, так как кипение всегда предполагает образование паровой пленки на поверхности нагрева. Исследования пузырькового кипения показали, что скорость теплопередачи высока при высоком давлении из-за большого количества активных центров испарения и частоты разделения пузырьков. Форма и размеры поверхности нагрева практически не влияют на коэффициент теплопередачи. Высота слоя жидкости также не влияет на интенсивность теплообмена, если она превышает 20-30 мм.
Состояние материала и поверхности нагрева влияет на интенсивность теплообмена только на начальном этапе его эксплуатации. Через некоторое время поверхность приобретает свою»собственную» шероховатость. Это во многом зависит от свойств жидкости Критическая тепловая нагрузка зависит от шероховатости и ориентации поверхности нагрева. Шероховатость увеличивает величину критической тепловой нагрузки.
Смотрите также:
