Главная Процесс переноса теплоты



теплообмена прп кипении в трубах в эмульсионно-пробковой области-близки к условиям теплообмена в большом объеме. Значения коэффициента теплоотдачи при стержневой структуре потока в трубах могут быть несколько выше, чем при кипении в большом объеме.

13-5. расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении в условиях вынужденной конвекции в трубах

В этом случае интенсивность теплообмена определяется взаимодействием факторов, определяющих интенсивность теплообмена при кипении жидкости (а), и факторами гидродинамического воздействия на нее, обуслоБлепными вынужденной конвекцией {aw)- Расчет теплоотдачи в условиях вынужденного движения двухфазного потока выражается фупкшюпальной завпсимостью (РеЖецр):

Nu.=/(Re„ Re, Рг).

где число Яе-wd/v определяется по скорости циркуляции жидкости ffi)=GcM/fp>K. На практике используется интерполяционная зависимость. [Л. 96], которая для теплоотдачи перегретой жидкости имеет вид

=--s± (13-18)

ДЛЯ отношения agla, .меняющегося от 0,5 до 2 (рис. 13-17). При величине этого отношения менее 0,5 принимают а= = av,, а если ад/а,>2, то а=ад; здесь а, - коэффициент теплоотдачи, рассчитанный по формуле развитого кипения (когда скорость пе влияет на теплообмен); (11,0 - коэффициент теплоотдачи, рассчитанный по формулам конвективного теп.цообмена однофазной жидкости (когда кипение не влияет на теплообмен). Из графика следует, что протяженность области, в которой a=f(ai,, q), очень мала.

Зависимость (13-18) справедлива при средних объемных паросодержаниях, не превышающих 70%. При высоких паросодержаниях скорость цирку.чяции недостаточно полно учитывает конвективную составляющую теплоотдачи. Поэтому расчеты теплоотдачи проводятся с учетом интенсифицирующего воздействия истинной скорости движения потока в ядре [Л. 14, 169, 187].

13-6. механизм теплообмена при пленочном кипении жидкости

Пленочное кипение наблюдается прн закалке металлов в жидкой среде, в ряде быстродействующих перегонных аппаратов, при кипении криогенных жидкостей, при охлаждении жидкостью ракетных двигателей на химическом топливе и атомных ракетных двигателей. При высоких дав.пениях абсолютная величина а при пленочном кипении становится значительной (рнс 13-18), поэтому пережога кипятильной трубы

so"

m leO £25 270 3G0 Угол Dm тжней образующей

Рис. 13-16. Изменение избыточной температуры стенки по периметру при кипении ЖИДКОСТИ внутри гс-р1«снтальнсй трубы.

I - расслоенный режим течения, 2 - кольцевой режим; из - температура на нижнее образующей.



НС происходит, хотя температурный напор между стенкой и жидкостью заметно повышается. Это делает допустимым использование процессов теплообмена с пленочным кппением также в различных парогенери-рующих устройствах [Л. 12].

В реакторах прямоточного типа ох.чаждающая вода поступает в недогретом состоянии, а выходит в виде перегретого пара. В таком реакторе по мере течения пароводяной смеси коэффициент теплоотдачи изменяется по закону конвекции однофазного потока иа входном и вы-

-3 Ч

«

-------

о -п-д -

ч"

1 /

- Чаю + ар 5а„ - а,

1 Т

г

«1Л

«,г 040,50,60,8 1

Рис 13.17 Отношение коэффициентов теплоотдачи кипящей и некипящеи жидкости

-вода при р=(0,5-86) . JO Па, м/с, S-9 -этиловый спирт при р=(10-30) - 10 Па.

10-0.2-0,81 м/с

ходном участках, а па промежуточном участке - по законам кипения в условиях пузырькового и пленочного режимов. При пленочном кипении теплоотдача значительно меньше, чем при пузырьковом. Однако благодаря большому расходу пара температура поверхности остается ниже температуры плавления материала и разрушения поверхности теплообмена пе происходит. Поэтому пленочный режим кипения имеет большое практическое значение.

Как отмечалось выше, при пленочном кипении жидкость отделена от обогреваемой поверхности паровым слоем. Теплота к поверхностн раздела фаз поступает через малотеплопроводный слой пара. В условиях свободного движения коэффициент теплоотдачи мало изменяется с изменением теплового потока (рис. 13-18). Влияние давления и физических свойств на теп.чоотдачу сохраняется существениым, как и при пузырьковом кипении.

Через паровую пленку кроме теплоты за счет конвекции и теплопроводности может проходить теплота и за счет лут1истого теплообмена. Поэтому иа коэффициент теплоотдачи влияют еще коэффициенты излучения поверхностн теплообмена, поверхности жидкости, а также излучающие свойства самого пара. Доля лучистого переноса теплоты



»2

-V / Тк

у *д

от, Вт/(к-Ц.)

1,№ЗЮ 1,№ЗЮ

1,1ВЗ 0,116

S 0J

S 1,С

S W tt

Рис. 13-18. Влияние р ка а при кипении воды иа горизонтальной проволоке из хромеля, d=\ мм.

О - Р-; А -2,8; 0-4.6; v-6,3; -b,\-Vf Па.

резко увеличивается по мере увеличения перегрева жидкости. Обе формы переноса теплоты - конвективным теплообменом и из.чучением - оказывают взаимное в.чияние друт на друга. Оно проявляется в том, что пар, образующийся благодаря излучению, приводит к утолщению паровой пленки и соответствующему уменьшению интенсивности переноса теплоты за счет конвекции и теплопроводности.

При пленочном кипении насыщенной жидкости тепловой поток, отводимый от поверхности нагрева, расходуется не только иа испарение слоев жидкости, расположенных на границе паровой пленки. Часть отводимой теплоты идет также на перегрев пара в пленке, так как средня» температура паровой пленки выше температуры пасыщегнш.

При пленочном кипении недогретой жидкости теплота, которая проходит через паровую пленку с поверхности кипения, частично передается в объем жидкости путем конвекции. Интенсивность конвективного переноса теплоты в объем жидкости зависит от недогрева и скорости цирку.чяцин жидкости. Оба фактора влияют иа теплоотдачу благоприятно.

И-7. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ЛАМИНАРНОМ ДВИЖЕНИИ ПАРОВОЙ ПЛЕНКИ

Расчетные данные для теплоотдачи при пленочном кипении можно получить теоретическим путем. Для этого используется приближеиная физическая модель, аналогичная принятой в теории пленочной конденсации пара (§ 12-2). Идентична и исходная система уравнений и условий однозначности.

Решение д.чя среднего коэффициента теплоотдачи вертикальной стенки высотой h имеет вид:

о. = 0,943у°"-7" g-

(13-19) 319



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


0.0133