Главная Процесс переноса теплоты



воздействие также на механизм процесса парообразования. Это воздействие выражается в искажении естественного угла смачивания 6 и срыве паровых пузырьков со стенки раньше, чем они достигнут величиньь отрывного диаметра, характерного для кипения при свободном дви-жении. При малых скоростях цирку.чяции гидродинамическое воздействие на процесс кипения невелико и теплоотдача внутри труб определяется ннтенсивиостью процесса парообразования, т. е. значением Qd (рис. 13-8). При большой скорости циркуляции ее влияние значительно, а влияние невелико. С повышением скорости влияние <?с непрерывно уменьшается и коэффициент теплоотдачи постепенно приближается к значениям, имеющим место при конвекции однофазной жидкости (т. е. без. кипения, когда а cvd ва".").


Рис, 13-8, Зависимость с от ш при кипении жидкости внутри труб.

/ - г-233 ООО Вт/м=; 2 - q-Ш 200 Вт/м: 3 - по уравнению а - иЛ,8.

" 2

>

го 30 ио

Рис. 13-9, Зависимость а от g при кипе--нии жидкости внутри труб в условиях, вынужденной циркуляции.

На рис. 13-9 дана зависимость а от qa при разных скоростях циркуляции (Л. 168]. Из него видно, что с возрастанием w влияние на а. уменьшается.

Зависимость теплоотдачи от теплового потока при различных скоростях циркуляции в условиях кипения в неограниченном объеме [Л. 165] аналогична приведенной зависимости при кипении в трубах.

Таким образом, влияние <?с и гв иа а определяется их соотношением; в результате можно выделять три области: в двух предельных счучаях а=а(гв) н.чи а=а(9с); в о6н1ем с.чучае а=а(<7с, и) (см. рис. 13-17).

Л. Влияние шероховатости и теплофизических свойств стенки

При кипении обычных (высокотемпературных) жидкостей работоспособными центрами парообразования являются лишь те впадины и углубления на поверхности теплообмена, которые способны удерживать пар или газ. Крупные впадины легко заполняются жидкостью и выключаются из работы как активные центры парообразовання. Поэтому существует граница шереховатости, за пределами которой дальнейшее, загрубление поверхности не приводит к изменению интенсивности теплоотдачи. В {Л. 32] установлено, что это наблюдается при обработке поверхности теплообмена выше 6-7-го класса чистоты. Теплофизиче-

и) е7 ЗОБ



ские свойсгва стеики оказывают влияние на интенсивиость теплообмена. Теплофизические свойства наиболее четко проявляются при кипении криогенных (низкотемпературных) жидкостей ввиду их смачиваемости (6->-0) и возможности исключения влияния краевого утла смачивания, различного для различных жидкостей и различных материалов стенки. Влияние свойств материала проявляется через величину к о э ф ф и и и-е и т а аккумуляции теплоты стенки, равного (У flCpP)c.

С увеличением коэффициента аккумуляции интенсивность теплообмена увеличивается. Однако количественный учет влияния поверхностных условий на интенсивность теплообмена остается пока нерешеиной проблемой.

13-2. СТРУКТУРА ПОТОКА ПРИ ПУЗЫРЬКОВОМ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ В НЕОГРАНИЧЕННОМ ОБЪЕМЕ

--к/г -

Структура двухфазного потока зависит от геометрических свойств системы. Системы с неограниченным объемом представляют собой относительно большие емкосги, заполненные жидкостью, в которые погружаются различные поверхности в виде одиночных труб, трубных пучков и др., обогреваемые изнутри. Пар, образующийся при кипении жидкости на их внешних поверхностях, беспрепятственно отводится из системы. Рассмотрим систему, состоящую из сосуда, заполпенного жидкостью, горизонтальная поверхность (дно) которого обогревается. На рис. 13-10 дан график изменения температуры по высоте слоя лндко-

сти. Перегрев жидкости у стенки

ТнРи I i4 j имеет значительную величину.

Вдали от поверхности жидкость такае несколько нерегрега.

При развито.м кипении на поверхности действует значительное число центров парообразования. Одновременный рост большого числа пузырьков и их периодический отрыв от поверхности приводят к интенсивному перемешиванию и утончению пристенного слоя жидкости. От поверхности отрываются пузырьки . - различных размеров. Скорость

всплывания больших пузырьков больше, чем малых. Некоторые большие пузырьки при всплываиии дробятся на ряд более мелких. Мелкие пузырьки могут объединяться и образовывать большие пузыри. Объединение мелких пузырьков может происходить на поверхности нагрева еше до отрыва. В итоге общая картина кипения приобретает слонсный характер. Свободная поверхность жидкости испытывает интенсивные пульсации.

В каждый момент времени внутри кипящей жидкости находится определенное количество пара в виде всплывающих пузырьков. Вслед--ствие этого такая двухфазная смесь как бы набухает, что проявляется в виде поднятия среднего положения свободной поверхности (зеркала испарения). Если в каж,дый момент времени внутри жидкости в форме всплывающих пузырьков находится масса Мп пара и если масса осталь-

Рис. 13-10. Образование, рост и отрыв парового пузыря от одного центра.

Тд, Pjj - температура и давление насыщения. Tj, - температура стенки; Q - тепловой поток.



нои жидкости Мж, то объем двухфазной смеси составляет Усы= (Wpп) + -1-(.Ма/рж). Отношение объема пара Л1д/рп к объему смссн называется объемным паросодержанпем:

~ Величина объемного паросодсржання при кипения зависит от формы и размеров теплоотдающей поверхиости и сосуда, тепловой нагрузки, давления н рода кипящей жидкости. В ряде случаев значения ф при кипении могут достигать величины 30"/о и более. Примерно на столько же увеличивается и высота кипящего двухфазного слоя. В этом отношении процесс аналогичен процессу барботажа пара через слой жидкости.

В малоподвижной жидкости скорость всплывания больших пузырьков пара (или газа) практически не зависит от размеров пузырька, ес.чи его характерный размер больше капиллярной постоянной Vclg{pm-рп). Форма таких пузырьков близка к сплющенным (в направлении всплывания) сфероидам. Скорость всплывания обычно составляет несколько десятков сантиметров в секунду и определяется формулой

Ивсп =1,18 У eg {р - р„)/р=я„

т. е. зависит от подъемной силы, поверхностного натяжения и плотио-сти жидкости.

Пузырьки малого диаметра d (по сравиению с капиллярной константой) при всплыванин имеют сферическую форму, и скорость движения нх определяется законом вязкого сопротивления

Ивсп = eg (рж-рп)

где коэффициент с зависит от наличия в жидкости поверхностно-активных примесей и лежит в пределах от % до /з.

Для системы, изображенной на рнс. 13-10, общий поток тепла, передаваемый от поверхиости нагрева в кипящую жидкость, Q = qF, где F - площадь поверхности нагрева, равная в этом случае площади горизонтального сечения сосуда. Все подведенное тепло расходуется на парообразованне. Поэтому скорость отвода пара от поверхности тепло-обл1ена можно определить из уравиення теплового баланса;

Q q

Эта скорость называется приведенной скоростью парообразования (кипения). Внутри двухфазного слоя действительная скорость движения пара должна быть больше этой величины, так как в среднем в каждом горизонта.чьном сечении площадь, занимаемая паром, составляет лишь ф. Из уравнения неразрывности следует, что

Это соотношение приближенное, так как прн его выводе не учитывался рост пузырьков прн всплыванни. При высоких давлениях насыщения неточность, связанная с этим, по-видимому, невелика.

Действительная (или истинная) скорость гвп пара в двухфазном слое обычно оказывается больше скорости всплывания отдельных пузырьков в малоподвижной жидкости. Это связано с тем, что при развитом кипении жидкость над поверхностью нагрева довольно интенсив-

20. 307



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


0.0212