Главная Процесс переноса теплоты



Значения постоянных прн киненни неметаллических жидкостей составляют:

при Rc.<c:0,Ol с=0,0625; п=0,5;

при Re.>0,Ol с=0,125; п=0,65.

Зависимость справедлива в области значений величин

Rc. = 10-=-4-!lO+4; РГж=0,86-:-7,6; гв<7 м/с

для широкого диапазона давлений насыщения (до околокритпческих давлений).

В случае кипения жидких металлов Re.>0,Ol; показатель степени прн числе Прандтля равен 0,65.

В эти зависимости не вошло паросодержанне, так как оно оказывает малое влияние на теплоотдачу в области развитого кипения.

Приближенная автомодельность теплоотдачи относнтельно величи-MM--g (или, что то же самое, отрывного диаметра do) для развитого пузырькового кипения подтверждается рядом экспериментов, проведенных как прн перегрузках, так и при малых значениях ускорения но,!1я тяжести, т. с. при условиях, приближающихся к условиям невесомости. Эти же соображения объясняют и то, что закономерности развитого кипения в условиях свободного и вынужденного движения кипящей жидкости являются практически одинаковыми. Ряд внешних факторов (вибрация поверхности, наложенпе электрических полей и др.) оказывают влияние на теплоотдачу лишь при малых плотностях теплового потока. Но с увеличением qc их влияние постепенно вырождается [Л. 102].

Для определенного рода жидкости коэффициент теплоотдачи при развитом кипении зависит лишь от тепловой нагрузки и давления насыщения. Поэтому для практических расчетов удобно применять эмпирические размерные зависимости. Эти зависимости устанавливаются либо непосредственно из анализа опытных данных, либо на основе обобщенных критериальных формул. Для воды в диапазоне давлений примерно от 1 до 40 бар {р1рщ><0,18, рис. 13-6) получены зависимости [Л. 124, 157]

а=3,09<.р"*; (13-12)

a=38,7A<2.sspO,5, (13-13)

в которые q п р следует подставлять соответственно в ваттах па квадратный метр и в барах.

13-4. СТРУКТУРА ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА И ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ жидкости ВНУТРИ ТРУБ

А. Вертикальная труба

Труба или канал представляет собой ограниченную систему, в которой при движении кипящей жидкости происходят непрерывное увеличение паровой и уменьшение жидкой фаз. Соответственно этому изменяется и гидродинамическая структура потока как по длине, так и по поперечному сечению трубы, а следовательно, изменяется и теплоотдача.

Наблюдаются три основные области с разной структурой потока жидкости по длине вертикальной трубы при движении потока снизу



вверх (рис. 13-12):/ - область подогрева (экономайзер-ный участок, до сечения трубы, где Тс=Тп)\ II - область кипения (испарительный участок, от сечения, где Тс - Т, i<ziB, досечепия, где Тс>Т„, icM-in); III - область подсыхания влажного пара.

Испарительный участок включает в себя области с поверхностным кипением и объемным кипением насыщенной жидкости. Участок трубы с объемным кипением насыщенной жидкости включает в себя области эмульсионного 3, пробкового 4 и стержневого 5 режимов течения*. В эмульсионном режиме двухфазный ноток состоит из жидкости и равномерно распределенных в ней мелких пузырьков. С дальнейшим увеличе-нне.м паросодержания некоторые из них сливаются, образуя крупные пузыри-пробки, соизмеримые с диаметром трубы. При пробковом режиме пар движется в виде отдельных крупных пузырей-пробок, разделенных прослойками парожидкостной эмульсии; с увеличением паросодержания происходит слияние уже крупных пузырей и образование так называемой стержневой структуры потока, при которой в ядре потока сплошной массой движется влажный пар, а у стенки трубы - тонкий кольцевой слой жидкости. Толщина этого слоя постепенно уменьшается по мере испарения; после полного испарения жидкости эта область переходит в область подсыхания 6. Область подсыхания (дисперсный режим) наблюдается лишь в длинных трубах.

Увеличение скорости циркуляции (см. § 12-3) при заданных q, длине трубы и температуре на входе приводит к уменьшению участка с развитым кипением и увеличению длины экономайзерного участка; с увеличением <?о при заданной скорости, наоборот, длина участка с развитым кипением увеличивается, а длина экономайзерного участка уменьшается.


Рис. 13-12. Структура потока при кипении жидкости внутри вертикальной трубы, с " н( ~ температуры стенкн и жидкости.

Б. Горизонтальные и наклонные трубы

При движении двухфазного потока внутри труб, расположенных, горизонтально или с небольшим наклоном, кроме изменения структуры потока по длине, имеет место значительное изменение структуры по периметру трубы. Так, если скорость циркуляции и содержание пара в потоке невелики, наблюдается расслоение двухфазного потока на жидкую фазу, двужущуюся в нижней части трубы, н паровую, движущуюся в верхней части ее (рис. 13-13,о). При дальнейшем увеличении паросодержания и скорости циркуляции поверхность раздела между паровой и жидкой фазами приобретает волновой характер и жидкость гребнями волн периодически смачивает верхнюю часть трубы. С дальнейшим увеличением содержания пара и скорости волновое движение на границе раздела фаз усиливается, что приводит к частичному выбрасыванию жидкости в паровую область. В результате двухфазный поток приобре-

Последний называют еще кольцевым режимом в связи с образованием на стенке трубы слоя жидкости



тает характер течения, сначала близкий к пробковому, а потом - к кольцевому. При кольцевом режиме по всему периметру трубы устанавливается движение тонкого слоя жидкости, в ядре потока перемещается парожидкостная смесь (рис. 13-13,6). Однако и в этом случае полной осевой симметрии в структуре потока не наблюдается.

Рассмотрим характеристики двухфазного потока в трубах и каналах.

Общий массовый расход смеси жидкости и пара Сем, кг/с, равен:

и является постоянной величиной, одинаковой в любом сечении канала.

Массовым расходным паросодержанпем называют отношение расхода пара к расходу смеси:

При кипении жидкости, движущейся внутри трубы, величина х может изменяться в общем случае от нуля (движется только жидкость) до единицы (движется только пар). Итак, значения массовых расходных паросодержаннй лежат в пределах Osgxsgrrl.

Массовым расходам Сж и Gn соответствуют объемные расходы (мз/с):

Сумма их называется объемным расходом смеси: в отличие от массового расхода объемый расход смеси в общем


случае переменен по длине трубы и может изменяться от значения 1см=Сом/рж, если на входе движется только жидкость, до величины V<:M=GcM/pn, если на выходе течет один пар. При полном испарении жидкости объемный расход увеличивается в рж/рп раз. Скорости жидкости на входе (л;=0) соответствует скорость циркуляции (12-28). При полном испарении жидкости скорость пара иа выходе также в рж/рп раз выше скорости циркуляции. Прн низких давлениях, когда рш>Рп, увеличение скорости значительно. Поэтому при кипении жидкости внутри труб и каналов происходит, значительное ускорение потока по мере увеличения содержания пара.

Объемное расходное паросодержанне равно отношению объемного расхода пара к объемному расходу смеси:

Величины X и f: связаны соотношением

Рис. 13-13. Структура потока при кипении жидкости внутри горизонтальной трубы.

й - расслоенный режим кипения; 6 - стержневой режим; / - пар: S- жидкость.

(13-15)



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


0.0167