Главная Процесс переноса теплоты



отрицательных, так и ноложнтельных значениях параметра х. Одни.\1 из нугей повышения 9„pi является переход на большие величины ее недогрева Существуют теоретические методы оценки максимально достижимых значений [Л. 103].

На рис. 13-26 приведено сопоставление критических нагрузок для условий кипения воды в большом объеме и при движении внутри трубы. Здесь для вынужденного движения представлены данные, для которых параметр х=0 в сечении кризиса. Из графика следует, что при кипении Б трубах наибольшее значение qA отвечает более низким давлениям (около 40 бар), чем для условий большего объема. При давлениях, меньших 70 бар, скорость не оказывает влияния на критические тепловые нагрузки. В целом зависимость qnpi-fip, w, х) является сложной.

При относительно высоких давлениях и малых скоростях циркуляции qpi при кипении в трубах могут быть равны или даже меньше, чем прн кипении в большом объеме в условиях свободного движения.

Критические тепловые потоки не зависят от относительной длины трубы [Л. 138], если она больше 8-10 диаметров. При меньших значениях 9,ф> уменьшается с увеличением относительной длины, что объясняется резким изменением интенсивности конвективного теплообмена в начальной участке трубы. Толщина и шероховатость стенки не оказывают влияния на 9кр1.

Кроме указанных факторов, на qpi могут оказывать влияние нуль-сацип двухфазного потока на нредвключенном участке, неравномерность распределения теплового потока по длине и периметру трубы, способ обогрева поверхности теплообмена.

Из изложенного следует, что на 9nji влияет большое количество различных факторов. К основным из них относятся р, w, х, физические свойства кипящей жидкости и состояние поверхности.

Б. Второй кризис кипения

Когда тепловая нагрузка на поверхности нагрева задана и не зависит от условий теплообмена, обратный переход от пленочного режима кипения к пузырьковому происходит при тепловой нагрузке мин (рис. 13-5). Этот переход также носит кризисный характер:паровая пленка внезапно разрушается и температура поверхности скачкообразно снижается. Минимальная тепловая нагрузка при пленочном режиме кипения называется второй критической плотностью теплового потока и обозначается 9„р2. Соответствующий температурный напор, отвечающий точке минимума на кривой кипения, есть Дг„р2.

Значения q„pz при кипении насыщенной жидкости в большом объеме существенно меньше, чем qi. Вторые критические нагрузки

Таблица 13-2

Кршпаческае тепловые потока и температурные на/юры (второй кразис каления)

Кипящая жидкпсть

Четыреххло-риотый углерод

Н пектая

Изопропило-вый спирт

Жидкий авдт

3.5 110



зависят от рода жидкости, размеров теплоотводящей поверхности [Л. 148], давления, ускорения ноля сил тяготения, шероховатости поверхиости и ряда иных факторов. Для воды при атмосферном давлении значения на поверхности горизонтальных труб и цилиндров составляют (2-ь5)10 Вт/м. В зависимости от диаметра d труб вспичипа ь-рг изменяется по закону 9„p2 oajw.

Для др\гнх жидкостей экспериментально измеренные значения 9кр2 и А/,ф2 приведены в табл. 13-2.

Критическая приведенная скорость парообразования i«Kp2=9itp2/pn пропорциональна скорости всплывания больших деформированных пузырей пара, откуда

9KP./P„-=cfag(p,„-pJ/p=,„, (13-26)

где постоянная с=0,114-0,14.

Б. Равновесная плотность теплового потока

При кипении насыщенной жидкости в большом объеме на поверхности горизонтальных труб в условиях электрообогрева супхествует средняя по поверхности нагрева тепловая нагрузка, при которой могут устойчиво сосуществовать пленочный режим кипения на одной части поверхности и пузырьковый на другой ее части Эта тепловая нагрузка названа [Л. 148] рав.новесной (ijpaEii). Если после установления равновесиой нагрузки несколько увеличить ноток теплоты, то граница раздела режимов кипения начнет перемещаться в сторону области с пленочным кипением. Через некоторое время па всей поверхности устанавливается пленочный режим кипения. При некотором снижении потока теплоты по сравнению с его равновесным значением произойдет обратный процесс и на всей поверхности установится пузырьковый режим кипения.

Велич1шы равновесной нагрузки составляют примерно /о первой критической, так что 9кр1>9раЕн>?ир2. Значение равновесных потоков теплоты представляет интерес для анализа устойчивости режимов кипения.

Г. Кризисы 1-го и 2-го рода

Кризисы кипения, связанные с резким изменением теплоотдачи при переходе пузырькового кипения в пленочное и наоборот - пленочного в пузырьковое (рис. 13-4), называются к р п з и с а .м и первого рода. В этом случае при смене режимов кипения имеет место коренное изменение механизма теплообмена и его интенсивности. Характерными для ьризисоБ .кипения первого рода являются критические плотности теплового потока.

Кризисы второго рода имеют другую природу. Они характеризуют ухудшение теплоотдачи, возникающее в момент высыхания кольцевой пленки жидкости на стенке канала в стержневом режпме (рис. 13-14). Характерной величиной для этих кризисов является граничное расходное паросодержанне. Граничным н а р о с о д е р ж а н и е м называется расходное паросодержанне, при котором возникает кризис теплообмена второго рода.

Кризис второго рода может возникнуть при любом значении q, как только расходное паросодержанне достигнет некоторого граничного



значения, связанного с явлением высыхания жидкой пленки на стенке. При больших скоростях движения парожидкоетного потока в ядре нред-кризнсный период и наступление кризиса зависят от интенсивности массообмена за счет механического уноса капель жидкости из пленки в ндро потока [Л. 39, 72, 129].

Глава четырнадцатая

ТЕПЛО- И МАССООБМЕН В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СРЕДАХ

14-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ

в природе и технике многие процессы теплообмена сопровождаются переносом массы одного компонента относительно массы другогоТак, например, обстоит дело прн конденсации пара из парогазовой смеси и испарении жидкости в парогазовый поток. Испарившаяся жидкость путем диффузии распространяется в парогазовом потоке; при эгом меняется течение, изменяется интенсивность теплоотдачи, что в свою очередь сказывается на процессе диффузии.

Диффузией называют самопроизвольный процесс, стремящийся к установлению внутри фаз равновесного распределения концентраций. Б однородной по температурам и давлениям смеси процесс диффузии направлен к выравниванию концентраций в системе; при этом происходит перенос вещества из области с больщей в область с меиьщей концентрацией.

В дальнейшем прежде всего будут рассматриваться процессы тепло-и массообмена в газообразных двухкомпонентных (бинарных) средах. Эти задачи имеют большой практический интерес. Индексы «1» и «2» будут соответствовать первому н второму компонентам.

Аналогично теплообмену диффузия (массообмен) может происходить как молекулярным (микроскопическим), так и молярным (макроскопическим) путем. В газах молекулярная диффузия осуществляется За счет теплового движении молекул.

Диффузия характеризуется потоком массы компонента, т. е. количеством вещества, проходящим в единицу времени через данную поверхность в направлении нормали к ней. Поток массы обозначим через /; его единица измерения - килограмм в секунду.

П.тотностью потока массы j называют поток массы, проходящей через единицу поверхности:

(14-1)

Отсюда

или при /=const

Согласно У. Гиббсу компонентами называют вещества, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз, т. е. гомогенных частей данной системы. Например, в cs-теме, состоящей из слоя воды и соприкасающейся с ним смеси водяного пара и азота, имеются два компонента: вода (водяной пар) и азот. Будем полагать, что компоненты не вступают друг с другом б химические реакции.



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


0.0194