Главная Процесс переноса теплоты



пает режим устойчивого пленочного кипения. В этим режиме на участке 5 лучистый перенос гепла относительно невелик, а иа участке 6 он

приобретает сушествениос значение.

Величина коэффициента теплоотдачи увеличивается также с увеличением М в области пузырькового и пленочного режимов. Однако в последнем случае это увеличение а существенно меньше, чем увеличение q.

Приведенная кривая кипения не охватывает всех возможных режимов кипения, что показано в работах В. И. Субботина и др (Л 170а]. Так, при тщательной дегазации системы, а также при кипении в условиях пониженных давлений может иметь место затягивание режима конвекции до высоких перегревов жидкости (линия АБ). Верхняя граница этих перегревов определяется спонтанным образованием паровых зародышей в объеме жидкости.

При кипении несмачивающих жидкостей (6>90°) пленочный режим может начаться при малых перегревах (линия В Г).


1ц At

Рис 13-4 Зависимость q (а также а) от перегрева жидкости М,

Ж- Влияние способа обогрева поверхности теплообмена

На рис. 13-4 и 13-5,0 показаны кривые кипения с постепенным переходом пузырькового режима в пленочный. Постепенный переход пузырькового режима в пленочный наблюдается при обогреве конденсирующимся паром. Эти условия характеризуются тем, что устанавливается постоянная температура поверхности теплообмена (Гс = const). При паровом обогреве незави-счмои от процесса теплообмена является температура поверхности Г,., а следовательно, и температурный напор Д< = 7"с-Т„. Поэтому тепловой поток, отводимый oi ii. верхности в переходной области, постепенно уменьшается по мере ухудшения интенсивности теплообмена за счет вытеснения пузырькового режима пленочным.

При независимой от процесса величине плотности теплового потока ((7с = const) имеет место скачкообразный переход пузырькового режима кипения в пленочный и обратно (рис. 13-5,6). Условие постоянства на поверхности qc характерно .для электрического обогрева. Если подводимую мощность не уменьшить, то система перейдет в состояние, для которого характерно значительное повышение температуры стеики. Экспериментально момент перехода определяется по резкому повышению


Рис 13-5 Зависимость q от ist при кипении ЖИДКОСТИ.

Переход к пленочному режиму при паровом ia) и электрическом (6> обогревах.



температуры или электрического сопротивления стенки. Момент перехода пузырькового кипения в пленочное может сопровождаться разрушением (расплавлением) поверхности теплообмена. Если после , возникновения пленочного кипения снижать тепловую нагрузку qc, то переход обратно к пузырьковому режиму произойдет лишь при ?мин-Таким образом, при электрическом обогреве теплоотдающей поверхности возникает своеобразный тепловой гистерезис.

3. Зависимость теплоотдачи от давления и теплофизических свойств

С увеличением давления уменьшаются размеры пузырька в момент возникновения н отрыва; увеличиваются число центров и частота отрыва пузырей от этих центров. Степень влияния на них давления зависит от удаленности рассматриваемого состояния от критического, так как она определяет степень метастабильности жидкости, вероятность гетерогенных фл>ктуаиий плотности, а также количественные изменения физических свойств вещества. С приближением термодинамического состояния к критическому влияние этих факторов увеличивается и соответственно увеличивается влияние давления на теплоотдачу. Это отчетливо следует из рис. 13-6, построенного в безразмерных координатах для ряда жидкостей. В нем опытные данные по оси ординат отложены в виде отношений а/?" при текущем значении давления р

f ОС \ /

«у»

Д □

---с

Рнс 13-6. Зависимость а от р для различных жидкостей.

к этой же величине при условном давлении р*=0,03рир. Критическое давление для различных жидкостей различно; р* - одинаковая часть от рпр характеризует одинаково выбранную для всех жидкостей удаленность от критического состояния по давлению. Величина 0,03 выбирается произвольно с учетом наличия наибольшего количества опытных данных. Покоси абсцисс на рис. 13-6 отложены отношения текущего давления к критическому [Л. 12].

Теплофизические свойства жи.дкости также сушествеино изменяются с давлением (температурой).



с увеличением коэффициента теплопроводности интенсивность теплоотдачи увеличивается, так как уменьшается термическое сопротивление микрослоя жидкости под паровыми пузырьками и увеличивается скорость их роста.

С увеличением вязкости интенсивность теплоотдачи, наоборот, уменьшается, так как увеличивается толщина микрослоя жидкости и уменьшается перемешивание, обусловленное отрывом пузырьков от поверхности. Высота слоя жидкости над поверхностью теплообмена может оказывать влияние на теплоотдачу при небольших их уровнях (рис. 13-7), соизмеримых с размерами паровых пузырьков (ЖА).

И. Влияние недогрева жидкости

Выше было рассмотрено влияние внешнего давления и перегрева жидкости иа процессы парообразования и иа теплоотдачу. Кроме них к режимным параметрам, влияющим на теплоотдачу, относятся недо-


о 10

Рис. 13-7. Зависимость коэффициента 1еплоотдачи от уровня кипящей воды (О-40 000 Вт/м: = 10= Па).

грев жидкости и скорость циркуляции. В первом случае происходит кипение жидкости с недогревом.

Кипением с недогревом (поверхностным кипением) называют кипение у поверхности теплообмена, прп котором вдали от нее го 30 V) 50 жидкость иедогрета до температуры на-

сыщения (рис. 13-11). Паровые пузырьки, возникшие при кипении жидкости в пограничном слое, попадая в холодное ядро, конденсируются. Таким образом, кипение у стеики сочетается с конвекцией однофазной жидкости вдали от стеики и с процессом конденсации пара иа границе раздела кипящего пограничного слоя жидкости и холодного ядра. Интенсивиость парообразования на стенке зависит от перегрева жидкости; процесс конденсации обусловливается перепадом Ан=<н-<1н, т. е. недогревом жидкости до температуры насыщения. Перегрев жидкости определяет интенсивиость процесса парообразования; иедогрев жидкости определяет размер области, на которую распространяется возмущающее действие процесса парообразования. Чем больше иедогрев жидкости, тем уже область, охваченная кипением. При малом иедогреве пузырьки пара отделяются от поверхности и конденсируются в потоке; при больших недогревах они конденсируются, ие отделяясь от поверхности. Процессы теплообмена с поверхиостпым (местным) кипением имеют большое практическое значение, так как позволяют получить более высокие значения тепловых потоков по сравнению с конвекцией однофазной жидкости. Они применяются при охлаждении авиационных двигателей, ракет, в устройствах для непрерывной разливки стали и т. д. К недостаткам поверхностного кипения относится возможность возникновения высокочастотных пульсаций давления в рабочем канале.

К- Влияние скорости принудительной циркуляции жидкости

При наличии вынужденного движения двухфазного потока на возмущения пограничного слоя, обусловленные парообразованием, накладываются дополнительные возмущения за счет турбулентных пульсации-скорости. Принудительная циркуляция оказывает иеносредственсюе-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [100] 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0122