Главная Процесс переноса теплоты



Средний коэффициент теплоотдачи при кипеннн жидкости на наружной поверхности горизонтального цилиндра диаметром d выражаег-

ся зависимостью

(13-2№

Последние две зависимости формально совпадают с расчетными уравнениями для теплоотдачи при пленочной конденсации пара на холодной стенке. Зависимости для теплоотдачи учитывают перенос теплоты поперек паровой пленки только путем теплопроводности. Лучистая (радиационная) составляющая коэффициента теплоотдачи может быть найдена расчетным путем (гл. 18).

При учете действия сил инерции в паровой пленке и касательных напряжений на границе ее с жидкостью наряду со слоем пара (рис. 13-19) рассматривается пограничный слой жидкости. Поэтому исходная система дифференциальных уравнений энергии и движеиия для паровой пленки дополняется аналогичной системой уравнений для пограничного слоя жидкости. При этом граничное условие для поверхности раздела паровой и жидкой фаз принимает вид:

.=ь„%-. (13-21)

Условие непрерывности процесса массообмена в поперечном направлении к поверхности раздела представ-чяется зависимостью

Ри =р„ (©,,.-«v«)j! (13-22)

при у-*-оо; «)з,и<=0; t=tfi; 6 - толщина пленки.

При таком уточненном подходе следует учитывать также перегрев пара в пленке.

Результаты численных решений для распределения скорости и температуры [Л. 79] приведены на рис. 13-20 и 13-21 (Рг=1). Из них следует, что характер распределения скорости и температуры в паровой пленке аналогичен соответствующим профилям в пограничном счое однофазной жидкости в условиях свободной конвекции. При малых температурных напорах распределение температуры имеет практически линейный характер.

В отличие от пленочной конденсации пара в рассматриваемом случае на распределение скорости оказывает влияние параметр рпрп/ршрж- Скорость на поверхности раздела фаз обращается в нуль только для жидкостей с очень малым значением параметра Рпрп/ршр)н- Скорость движения самой паровой пленки увеличивается с увеличением указанного параметра, так как этому соответствует меньшая сила трения, при.чоженная к пару со стороны жидкости на границе раздела фаз. Поэтому коэффициент теп.чоотдачи увеличивается при увеличении (рпрп/ршрш)*.

Теплоотдача при пленочном кипении зависит от недогрева жидкости относительно температуры насыщения. Влияние недогрева ма.чо при ма.чых значениях CpuAt/r н, наоборот, велико при значительных


Рис 13-19. к теории пленочного кипения.

/ - паровая пленка. 2 - жидкость при S - обогреваемея стенка при (..const, 4 - граница раздела паровой и жидкой фаз



перегревах паровой пленки. Для поддержания пленочного кипения воды согласно расчетам минимальное значение параметра CpnAf/r >0,01. Для предельного случая, когда имеет место сильное переохлаждение жидкости и потоки массы вещества через поверхность раздела фаз малы, расчетная зависимость для теплоотдачи при пленочном

с.ча ~ -


1,0 0,8 0,6

с 5/ с,б op 10 1г Iji %S 1,6 Zfl £ззр::змерная foepdumma

Рис 13-20 Распределение скорости по толщине парового и пограничного слоев жидкости при п.теночном кипении.

1 -при (u„p„n,bP,„)".=-tl.l-. 2 -при

(lhiPnc„P„)°-s-l).l)l; Рг„-1.

В,г B,li 0,6 0,S 1.0 1,2 l.lt t.S 1.8 20

Рис. 13-21. Распределение температуры по толщине слоя паровой пленки при Рг„=1.

-=10: 2-

= 3: г-

=0,18 (масштаб по оси абсщкс для кривых разный: толщина пленки для кривой / - составляет 2 единиды. для кривой 2-1.6 единицы и для кривой 3 - 0.8 единицы).

кипении переходит в зависимость для теплоотдачи без кипения, т. е. для случая конвективного теплообмена однофазной жидкости. В случае пленочного кипения в условиях вынужденной конвекции учитывается влияние скорости [Л. 183].

13-8. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ ДВИЖЕНИИ ПАРОВОЙ ПЛЕНКИ

Для вертикальной стенки более вероятным является не ламинарный, а турбулентный характер движения пленки пара.

Выше указывалось (рис. 1,3-20, 13-21), что характер распределения скорости и температуры в пограничном слое при кнпеиии является сходным с соответствующими профилями в пограничном слое при свободной конвекции однофазной жидкости. Поэтому теплоотдачу при пленочном кипении можно представить формой зависимости, которая применяется при конвекции однофазной жидкости. При турбулентном движении паровой пленки средняя теплоотдача описывается зависимостью [Л. 99]

Nur=0,25 Агг/з.

(13-23)

Применительно к пленочному кипению силой, определяющей движение пара в пленке, является сила, равная §(рж-рп). Поэтому число Архимеда будет выражаться соотношением

Аг = 0ая1; Ga = g/YvV

Физические свойства относятся к средней температуре паровой пленки, на что указывает индекс «г».

21-7 321*



Постоянная в зависимости (13-23) имеет значение 0,25 вследствие более интенсивного теплообмеиа при кипении по сравнению с конвекцией однофазной жидкости, когда постоянная равна 0,15.

Процесс теплообмена прн турбулентном движении пленки является автомодельным по отношению к геометрической форме и размерам по-верхиостп теплообмена. Поэтому он выпадает из зависимости (13-23).

13-9. КРИЗИСЫ КИПЕНИЯ

Л. Первый кризис кипения

Кризисами теплоотдачи прн кипении называются процессы, связанные с коренным изменением механизма теплоотдачи. Они наблюдаются в начале перехода пузырькового кипения в пленочное или в начале обратного перехода от п.ченочного кипения к пузырьковому .

Во многих теплообменных устройствах современной энергетики и ракетной техники поток теплоты, который должен отводиться от по-. верхности нагрева, является фиксированным и часто практически не зависит от температурного режима теплоотдающей поверхиости. Так, теплоподвод к внешней поверхности экранных труб, расположенных в топке котельного агрегата, определяется в основном за счет излучения из топочного пространства. Падающий лучистый поток практически не зависит от температуры поверхиости труб, пока она существенно ниже температуры раскаленных продуктов сгорания в топке. .Аналогичное положение имеет место в кана.чах ракетных двигателей, внутри тепловы.деляющих элементов (твэлов) активной зоны атомного реактора, где происходит непрерывное выделение тепла вследствие ядерной реакции. Поэтому тепловой лоток на поверхности твэлов также является заданным. Он является заданным и в случае выделения теплоты при протекании через тело электрического тока.

Переход от пузырькового к пленочному режиму кшюния носит черты кризисного явления, так как в момент смены режимов кипения наблюдаются внезапное резкое снижение интенсивности теплоотдачи и соответствующее увсчичение температуры теплоотдающей поверхности (рис. 13-4). Повышение температуры поверхности в ряде случаев так ве.чико, что кризис кипения сопровождается разрушением (расплавлением или пережогом) поверхности теп.чообмена. После маио даже при малом увеличении тепловой нагрузки слой паровых пузырей превращается в сплошную паровую пленку, которая оттесняет жидкость от поверхности теплообмена. В результате этого происходит коренное изменение механизма теплообмена, т. е. возникает кризис.

Обычно кризис кипения паступает раньше, чем температура поверхности приб.чизится к температуре предельного перегрева жидкости при которой могут возникать зародыши паровой фазы с1Юнтап,шго происхождения. Это объясняется тем, что при наличии готовых центров парообразования имеет место нарушение фазового массообмена и соответственно нарушение устойчивости режима пузырькового кипения. Однако с повышением дав.чения фазовый массообмеи у стенки улучшается, так как увеличивается плотность пара, уменьшается отрывной

Температура перегрева жидкости определяется термодинамическим пределом .ме-тастабильногс состояния, зависящего от давления.



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