Главная Процесс переноса теплоты




Рис. 14-8 Тепловая диаграмма процесса испарения жидкости в парогачовьи! поток.

увеличивается; прп этом температурный градиент на поверхности испарения уменьшается, а следовательно, уменьшается и коэффициент теплоотдачи. Уменьшение теплоотдачи тем больше, чем больше плотность поперечного потока пара.

Коэффициенты тепло- и массоотдачи зависят от формы и размеров човсрхности испарения, характера движения парогазовой смеси (свободное или вынужденное, ламршарное или турбулентное), физических свойств жидкости и газа, концентрации компонентов в Парогазовой смеси н т. п.

Процесс осложняется п вследствие других причин. Для примера рассмотрим адиабатическое испарение из пористого те.ча (рис. 14-9). Тепло, идущее на испарение, в общем случае поступает к жидкости непосредственно (Ож) и через скелет пористого тела (Qt). Перенос теплоты Qt будет зависеть от тепло-проводящих свойств скелета. Расчетная повер.хность теплооб.адена /"расч (пунктирная линия на рис. 14-9) не равна действительной поверхности теплообмена, соответствующей внешней границе твердого тела и кидкости (на рисунке выделена жирной линией). Это различие будет тем больше, чем ниже уровень жидкости. *-"(1г В процессе испарения жидкости

из пористого тела действительные по-вер.хности теплообмена и массообмена различны, так как жидкость испаряется со своей поверхности; это различие зависит от углубления жидкости. Как показано в }Л. 38], испарение частично идет и из очень тонких пленок жидкости, прилегающих к мениску вследствие капиллярных эффектов второго рода. При значительном уг.публении уровня жидкости перенос пара к расчетной поверхности во .многом определяется сопротивлением капилляров. Если проходные сечения капилляров очень малы, то течение в капиллярах характеризуется законами течения разреженных сред.

При испарении со свободной поверхности большого объема жидкости также наблюдаются особенности. Обычно парогазовый поток возмущает поверхностный слой жидкости, в результате чего могут иметь место волнообразование и капельный унос жидкости в газовый поток.

Названные причины существенно затрудняют получение достаточно общих зависимостей и зачастую исключают возможность сравнения между собой опытных данных, полученных в различных условиях.

Тепло- и массоотдача при испарении воды из металлической пористой пластины в продольный паровоздушный поток исследовалась иа кафедре теоретически.х основ теплотехники МЭИ [Л. 59, 60]. Опыты [Л. 59, 60] проведены при условиях, близких к адиабатическим. Соглас-




40 этому исследованию средний коэффициент теплоотдачи при турбулентном пограничном слое может быть определен по уравнению

Nuj= 4,55-10-Re°•K• (14-46)

1де K=rlcpAt - критерий фазового перехода; здесь At=tm.-tc - температурный напор.

В уравнении (14-46) в качестве линейного размера принята длиил пластины вдоль потока, отсчитываемая от начала участка испарения. В качестве определяющей температуры выбрана температура смеси вдали от пластины; в критерии вводятся параметры смеси.

В опытах [Л. 59, 60] критерий Rei изменялся от 1,3-10 до 1,65-10"; этому соответствовали изменения скорости и температуры наровоздуш-чого потока от 9 До 115 м/с и от 12 до ИОХ. Средний температ\рный нанор изменялся в опытах от 6 до 80 К. Коэффициент теплоотдачи отнесен к повер.хности пластины Fpac4. Объем пор в пластине составлял 40%.

Согласно опытным данным [Л, 59, 60] и другим исследованиям коэффициенты тепло- и массоотдачи уменьшаются (Ю мере увеличения содержания пара в смеси.

Для расчета массоотдачи в [Л. 60] получено уравнение

№Г„, = 2-10-* Rc\- "- в--\ (14-47)

I Pat.

J Р £до. ... Рп. с Рпй ,

Рп,с - парциальное давление водяных паров у поверхности испарения; Рпо-парциальное давление водяных паров едали от поверхности испарения; р - полное давление паровозд) шной смеси. Остальные критерии подобия такие же, как и в предыдущих уравнениях. Значение рп,с берется из таблиц водяного пара как давление насыщения при tn=ic.

Величина Епо изменялась в опытах от 0,00365 до 0,0168.

Как следует из рассматриваемой работы, отношение Ын/Кпд не равно постоянной величине и является функцией специфичных критг-рисв, учитывающих особенности совместно идущих пропессов тепло- и .массооб.адена: {Nui/Nnjn) =0,7пюК. Сопоставление уравнений (14-46) и (14-47) показывает, что а/р или а п,с от скорости не зависит.

Температура пористой стенки зависит от большого количества различных факторов. Расчет ее следует производить по уравнению (2-130).

Расчет упрощается при адиабатическом режиме испарения. В этом случае температура поверхности испарения мол%;ет быть подсчитана но уравнению (14-42);

Из ранее нриведенньк уравнений следует, что

г/п, с гМ/.....гРрпР ( Lp у/в

230л {р„о.)

где Д/о=Рп,с-Рпо-348



Глава пятнадцатая

ТЕПЛО- И МАССООБМЕН ПРИ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ 1s-1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ

Процессы теплообмена, сопровождающиеся химическими реакциями, имеют место в камерах сгорания различных двигателей (реактивных, газовых турбин и др.), в химическом производстве, в МГД установках, при гиперзвуковых скоростях полета в плотной атмосфере и других случаях.

Химические реакции могут сопровождаться выделением илп поглощением энергии в различных формах - в форме теплоты, электрической энергип или света, механической энергии и др. Нами будут рассмотрены только химические реакции, происходящие с поглощением теплоты (эндотермические реакции) или с его выделением (экзотермические реакции). При этом, как и в случае фазовых переходов первого рода, химические превращения неразрывно связаны с процессом теплообмена. Зачастую химические реакции сопровождаются фазовыми изменениями.

Химические реакции могут идти как на поверхности тела, так л в жидкой среде, омывающей это тело. В первом случае реакции называются г е т Ср о г е н п ы м и, во втором - гомогенными.

Если реакции происходят вдали от тела (вне пределов иограиичиого слоя), то опи могут не сказываться на теплоотдаче и теплообмен в пограничном слое можно рассчитывать обы-шыми методами. В противном случае иулсно учитывать выделение или поглощение теплоты в пограничном слое или непосредственно на стенке.

В дальнейшем прежде всего будут рассмотрены процессы, происходящие в газовых смесях и на омываемых ими стенках. Такой выбор объекта рассмотрения объясняется не только лучшей его изученностью, но и значительным практическим интересом к подобным задачаль

Современная техника характеризуется ростом тепловых нагрузок, скоростей теплоносителей и других параметров. При высоких температурах рабочие процессы могут неизбежно сопровождаться химическими превращениями. Так, например, как уже упоминалось в § П-3, при гиперзвуковых скоростях полета вследствие аэродинамического нагрева зоздух может иметь высокую температуру, при которой может происходить и существенная ионизация воздуха

На рис. 15-1 показаны области основных химических реакпий в высокотемпературном воздухе в зависимости от давления и температуры.

В ряде случаев упомянутые эффекты могут иметь место при сравнительно низких температурах. Известно, что эффективная теплопроводность двуокиси азота NO2 в интервале температур от О до 120 "С очень высока. Этот эффект является следствием обратимой реакции 2N023:±N20j. Равновесная смесь при температурах свыше 120 °С содержит преимущественно NO2, а при температурах меньше ОС - преимущественно n2o4. Необычно высокая кажущаяся теплопроводность двуокиси азота является следствием того, что молекулы диффундируют из высокотемпературных в низкотемпературные области, где они реком-бинируют, освобождая соответствующую теплоту реакции.

• Поскольку ионизированный газ является проводником апектрнчества, возможно появление заметных э-чектромагнитных полей и сил.



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


0.0104