Главная Процесс переноса теплоты



метры смеси определяются по состоянию паровоздушной смеси перед трубой илн рядом труб. Коэффициент вязкости смеси подсчитывается по уравнению

™ 1+0.б1»„

где Цп и Иг - соответственио коэффициенты динамической вязкости пара и воздуха.

Формулы (14-38) и (14-39) получены в опытах с шахматным пучком. Поперечный относительный шаг был равен 1,475, продольный 1,275. В расчетной практике эти формулы в первом приближении распространяются и на пучки с другими шагами.

При условиях опытов [Л. 9] количество теплоты, передававшейся от смеси к поверхности пленки конденсата путем конвективной теплоотдачи, а также теплота переохлаждения конденсата были весьма малы сравнительно с теплотой фазового перехода, и ими молено пренебречь.

Значение пов, по которому вводят в расчет /Оп,пов, определяется путем последовательного приближения. При этом используется уравнение

fp= (рас-Рп,пов) =Gi[(/noB-с).

14-7. ТЕПЛО- И МАССООБМЕН ПРИ ИСПАРЕНИИ ЖИДКОСТИ В ПАРОГАЗОВУЮ СРЕДУ

Испарение жидкости со свободной поверхности вызывается тепло-мы.м движением молекул жидкости. Молекулы, обладающие энергией, .лостаточной для преодоления сил сцепления, вырываются из поверхностного слоя жидкости в окружающую среду. Часть молекул в результате столкновения между собой и молекулами газа отражается к поверхности испарения, где вновь происходит отражение или поглощение. АРУгая часть пспущенных молекуЛ молекулярной диффузией и конвекцией распространяется в окружающей среде и окончательно теряется жидкостью.

Аналогично коэффициенту конденсации можно ввести понятие коэффициента испарения. Коэффициент испарения представляет собой отношение числа безвозвратно отлетающих молекул пара к числу испущенных жидкостью.

Обычно ставят знак равенства между коэффициентами конденсации и испарения и большей частью пренебрегают температурным скачком, исключая из рассмотрения термическое сопротивлепие фазового перехо-ла. Давление пара в слое неразреженной парогазовой смеси у поверхности жидкости считают -давлением насыщения при температуре поверхности жидкости.

Если вдали от жидкости газ не насыщен паром, то возникает поток Вещества, всегда направленный от поверхности испарения. Поток тепла при этом может быть направлен как от жидкости к газу, так и от газа к жидкости. Направление теплового потока будет зависеть от того, больше или меньше температура поверхностн испарения пов температуры парогазовой смеси tnr-

На испарение жидкости затрачивается теплота в количестве rjr,,non, Вт/м, где г - удельная теплота фазового перехода. Если к жидкости 1Юдводится меньше тепла, чем затрачивается на испарение, то происходит охлаждение жидкости, если больше - жидкость нагревается.



в случае стационарного процесса испарения с поверхности стекаю-тцеи пленки, когда <с><пов (но кипение не происходит) и <поб>пг, расчет можно производить по методике, изложенной в предыдущем параграфе. Конечно, при этом соответствующим образом необходимо учесть изменение направления теплового потока.

Предположим, что происходит испарение определенного объема жидкости из открытого сосуда. Стенки сосуда теплоизолированы. Слой жидкости тонок; в результате можно пренебречь изменением температуры по толщине слоя. Над жидкостью протекает поток парогазовой смеси, причем насыщение этого потока паром не [фоис.ходит, так как i-асход парогазовой смеси велик. В жидкости нет внутренних источников теплоты, и можно пренебречь лучистым теплообменом.

Пусть в начальный момент времени температура жидкости <пов больше температуры парогазовой смеси вдали от жидкости щ.. Вследствие теплоотдачи и испарения температура жидкости будет понижаться, будет происходить нестационарный процесс испарения. В какой-то момент времени температуры жидкости и парогазовой смеси станут равны.ми. При этом согласно уравнению дпоБ=а(<пов-ш-) теплоотдача прекратится. Однако испарение будет продолжаться, что приведет к дальнейшему понижению температуры жидкости. Ее температура станет меньше температуры парогазовой смеси. Жидкость начнет получать теплоту от парогазовой смеси. По мере понижения температуры жидкости испарение ее будет замедляться, так как Рп,пое (<п,ше) и Др= =Рп,пов-/5по бу.дут уменьшаться. Теплоотдача же будет уве.чичиваться. Эти из.аденения будут происходить до тех пор, пока при некоторой температуре жидкости не установится динамическое равновесие между подводом теплоты конвективной теплоотдачей и отводом тепла путем испарения и последующей диффузии.

Дальнейшее испарение жидкости будет происходить при /пов=м за счет теплоты, получаемой теплоотдачей от парогазовой смеси. Температура /м является тем пределом, ниже которого нельзя охлаждать жидкость. При этом

а(пг-м) =гЗр(Рп,пов-Рпо). (14-40)

Процесс испарения, при котором вся теплота, переданная от парогазовой смеси к жидкости, затрачивается на испарение последней и возвращается к смеси с паром, называют процессом адиабатического испарения. Температуру <м называют температурой жидкости при адиабатическом испарении или температурой мокрого термометра.

Из уравнения (14-40) следует, что при адиабатическом испарении

(14-41)

<„=пг-%. (14-42)

Иа практике часто встречаются неадиабатические процессы испарения.

Рассмотрим стационарный процесс неадиабатического испарения жидкости в движущийся над нею парогазовый поток. Течение происходит в канале, нижняя часть которого залита испаряющейся жидкостью.



Пусть температура потока на входе равна В процессе течения содержание пара увеличивается за счет исиареиия мдкости. Изменяется и температура парогазового потока; обозначим температуру на выходе через t"ui: Б общем случае температура t"„y может быть как Польше, так я меньше tm-

Испарившаяся жидкость может восполняться в том же количестве такой же жидкостью, по с другой температурой, которую обозначим через f ш.

Тепловая диаграмма рассматриваемого пропесса представлена на рис. 14-8. При составлении диаграммы принято, что <ш<по1з.

Теачоотдачей от парогазовой смеси к поверхности Жидкости передается теплота (?поб, Дж/(м-с) (на диаграмме этой величине соответствуют составляющие /, , /). Теплота Qaon расходуется в общем случае на испарение жидкости (//п.поп; составляющая /) и частично может передаваться теплопроводностью и конвекцией в жидкую фазу (составляющие и и /; обозначим эту долю через ш). Тогда

9nc. = -(- = !xA<=n„,„o„-f 9„ = Пп,„„з-Я,, (14-43)

здесь Лн! и {dtdy)uoit - соответственно коэффициент теплопроводности жидкости и градиент температуры жидкости на границе раздела фаз.

Теплота (?ш=-Лш((Э<ш/(3(/) пов идет на подогрев поступающей на испарение жидкости от t До <"ш=<пов и частично может теряться в окружающую среду через внешние ограждения жидкости.

Тогда

-Я„,(<Э<ж/<Э</)пов = /п,повСрш("нс-Гш) +Чт, (14-44)

где Qt - теплопотери в окружающую среду.

Если же <ж>4ов, то знак дж меняется, происходит подтечка тепла к поверхности испарения из жидкости. В этом случае испарение происходит не только за счет теплоты, переданной теплоотдачей от парогазовой смеси, но и за счет теплоты, (вносимой жидкостью и поступаюп[ей извне через ограждения канала.

Учитывая сказанное, для расчета теплоотдачи можно использовать уравнение

9пов = С1(<пг-<поб) =Оп,пов±/п.побС))ш(<ппв-<ш) ±"9т; (14-45)

здесь знак плюс берется в случае гш<пов, знак минус - при t„,>tnm.

Испарение может происходить и из пористой пластины, разделяющей парогазовую и жидкую среды. Распределение температур по толщине такой пористой стенки было получено в § 2-12.

В случае испарения из пористой стенки

» = -Яз()

\ /ИОВ

где X, - эквивалентный коэффициент теплопроводности пористой стенки и заполняющей ее жидкости; t - температура пористой стеики.

Уравнение (14-45) .может быть использовано и при испарении из пористой стенки.

Поперечный поток пара, направленный от поверхности, изменяет поля температур и скоростей, что приводит к из.аденению интенсивности теплоотдачи. Как было сказано ранее, теоретические работы показывают, что при испарении, сублимации, вдуве вешества через пористую стенку толщина теплового и гидродинамического пограничных слоев



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


0.0117