Главная Процесс переноса теплоты




диаметр и. следовательно, уменьшается объемная интенсивность парообразовання. Прн нехватке готовых центров пузырьковое кипение сохраняется до тех пор, пока не появятся зародыши спонтанного происхождения. Поэтому с уве.чичением давления температура поверхности, при которой возникает кризис кипения, постепенно приближается к температуре предельного перегрева. На рис. 13-22 приведены линии предельного перегрева 1 и насыщения 2 при разных давлениях р1ркв= =0,5-1 при кипении двуокиси углерода [Л. 160]. Точками показаны опытные значения температуры поверхности, при которых возникает кризис кипения. Эти температуры практически совпадают с температурами предельного перегрева жидкости.

Максимальную тепловую нагрузку прн пузырьковом кипении называют первой критической плотностью теплового потока и обозначают g„pi.

Д.чя условий кипения насыщенной жидкости в большом объеме при свободной конвекции значения критических нагрузок зависят от рода кипящей жидкости, давления, состояния поверхности, условий ее смачивания, на.чичия в жидкости примесей и поверхностно-активных добавок.

Если размеры поверхности нагрева больше размеров отдельных пузырьков пара, то форма и размер теплоотдающей поверхности оказывают малое влияние на значения критических теп.чо-вых нагрузок. Практически не оказывает также в.чияния величина ускорения но.чя массовых сил.

Температурный напор в момент достижения критической тепловой нагрузки (т. е. напор, соответствующий точке .максимума иа кривой кипения, показанной на рис. 13-4) называют критическим температурным напором Ыщ, Коэффициент теплоотдачи в момент начала кризиса кипения равен:

акр1=9кр1/Д<щ,1.

В табл. 13-1 приведены характерные значения критических тепловых потоков и температурных напоров для воды и ряда криогенных жидкостей при атмосферном давлении.

Влияние давления на величины щц, Д4р, и сир! для воды, кипящей в большом объеме в условиях свободной конвекции [Л. 124], показано на рис. 13-23. Наибольшие значения критический тепловой поток имеет

го W so 60 70

Рис. 13-22 Зависимость предельного перегрева жидкости от давления.

/ - линия предельного перегрева; 2 - линия насыщения; К - критическая точка. О - температура t,, в момент кризиса.

Таблица 13-1

Критические тепловые потопи и температурные напоры (первый кризис кипения)

Критический параметр

Жидкость

?KPilO-, Втм=

1200 25-30

1.50 II

30 2



при давлениях примерно 60-80 бар. Это составляет около (0,3-0,4)рвр. Аналогичная картина наблюдается н для других жидкостей.

В основу определения первой критической плотности теплового потока кладется гидродинамическая теория кризисов, предложенная С. С. Кутателадзе [Л. 89]. В ней используется представление о кризисе

кипения как о процессе, ха-

--Ч--\

рактеризующемся чисто гидродинамической природой. Кризис вызывается потерей динамической устойчивости двухфазного потока вследствие того, что пар отбрасывает жидкость от верхности теплообмена. Условия устойчивости граничного двухфазного потока определяются взаимодействием кинетической энергии пара, гравитационных си.ч в двухфазном потоке и сил поверхностного натяжения. Порядок величин динамического напора пара определяется произведением ьукрпрп; порядок гравитационных сил - g6(pm-рп), где 6 - средняя толщина возникающего парового слоя, которая связана с поверхностным натяжением через капиллярную постоянную, так как принимается

« е ею 20 W60 wo

Рис 13-23. Зависимость f„p, Д4р, а„Е от давления при кипении воды в бстьшом объеме в условиях свободной конвекции.

Возникновение кризиса равновероятно в любом месте поверхности теплообмена и, следовательно,

!;-р-р- -const.

g" (Р«, -Рп)

После введения капил.чярной постоянной и извлечения квадратного корня последняя зависимость принимает вид:

Jg=(PlB -Рп)

Используя связь между приведенной скоростью парообразования и плотностью теплового потока ш,фп=9кр/рп, получим следующее расчетное уравнение для первой критической плотности потока тепла:

9вд=-Ур1ГХр«-Рп); (13-24)

здесь 9кр, измеряется в Вт/м.

Формула (13-24) описывает опытные данные по критическим тепловым потокам для неметаллических теплоносителей в условиях большого объема прн свободной конвекции жидкости с малой вязкостью.

В областях глубокого вакуума и околокритического давления рп, г, о стремятся к нулю и kpi->-0 (рис. 13-23). Значения постоянной fe=0,13-:-0,16. Величина к называется критерием устойчивости. Он характеризует меру отношения энергии динамического потока пара



к энергии, необхолимой для ускорения частиц жидкости, отбрасываемых от стенки, до скорости основного потока. В условиях двухфазного потока при вынужденной конвекции его величина зависит от скорости [Л. 88].

Повышение величины g„pi, Вт/м, вызванное недогревом жидкости, может быть найдено из экспериментальной зависимости [Л. 88]:

9kPj, я-qkpi

1 + 0,065 (у-

(13-20)

справедливой для/;= (1--20) 10=* Па; CpAtJrOfi; рш/рп=45ч-1650; А<н=4-<ш - педогрев жидкости до температуры насыщения.


-1,0 -в,в -D,s -0,4

Рис. 13-24. Зависимость 9pi и 9кр2 Рис. 13-25. Зависимость Укп от параметра х при от w при течении в трубе изопро- кипении воды в трубе (р==1,67-10 Па).

ПИЛОВОГО спирта. У ра»-7Б0; г -рш-880: S -рш-ПОО: 4 -pttJ-1435; S -

р»-2190 кг/(м= с).

При кипении жидкости в условиях вынужденного движения внутри труб и каналов критический тепловой поток, кроме факторов, приведенных выше, завчспт от спорости циркуляции и паросо- талцн--«) яг/и держания. При увеличении скорости циркуляции жидкости критический поток увеличивается (рис. 13-24). На рис. 13-25 показано влияние параметра х на qvi при различных скоростях жидкости на входе в трубу. Из графика следует, что критический тепловой поток уменьшается с ростом x при положительных значениях этого параметра. Уменьшение по мере роста параметра х в положительной области его значений указывает на влияние парообразования. Увеличение 9,ф1 по мере роста абсолютных величин параметра х в отрицательной области его значений отражает влияние недогрева жидкости. Таким образом, переход пузырькового кипения в пленочное возможен как при


5от)

iso(m) zoom)

Рис. 13-26. Зависимость 9„pi при кипении в большом объеме и внутри труб от давления (параметр л:=0).

1, 2, 5, 4 соответствуют г«=1. 2, 5, 8 м/с.



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


0.0205