Главная Процесс переноса теплоты



I. г

верхности пленки конденсата, равно влагосодержанию сконденсировавшегося пара. Приближенные оценки показывают, что при влажности в пределах до 10-20% (по массе) ее влиянием на коэффициент теплоотдачи можно пренебречь. Вопрос о влиянии влажности исследован еще недостаточно.

Конденсация паров жидких металлов. При конденсации паров жидких металлов может иметь место как пленочная, так н капельная форма конденсации.

Термическое сопротивление жидкого металла очень мало, поэтому при конденсации паров металлов влияние на теплообмен могут оказать термическое сопротивление фазово-го перехода и контактное термическое сопротивление, обусловленное загрязнением стенкн. При этом тип конденсации (пленочный или капельный) оказывает гораздо мень- 45 шее влияние на интенсивность теплоотдачи. D,lt

Капельная конденсация наблюдается при конденсации паров ртути. Пары щелочных металлов (нат- i, рий, калий), по-видимому, .чают в основном пленочную конденсацию.

У жидких металлов Рг<с1, неучет инерционных сил и конвективного переноса теплоты может привести к значительным ошибкам. На рис. 12-16 представлены результаты теоретического расчета [Л. 93] пленочной конденсации при ламинарном течении пленки. Здесь i])b= = ав/ак,в и >1)г= аг/ак,г; Ов и «г- коэффициенты теплоотдачи при конденсации на вертикальной стеике и горизонтальной трубе с учетом инерционных сил и конвективного переноса теплоты; ад-.в и ак,г - по формуле Нуссельта для вертикальной стенки и горизонтальной трубы. Согласно рис. 12-16 при РгтеО.О! теплоотдача может понизиться примерно на 60% по сравнению с данными формулы Нуссельта.

По данным (Л. 170] коэффициент конденсации для ряда жидкоме-таллических теплоносителей примерно равен единице.

Глава тринадцатая

ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ П-1. МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА

ПРИ ПУЗЫРЬКОВОМ КИПЕНИИ жидкости

А. Режимы кипения

Кипением назьшается процесс интенсивного парообразования, происходящего во itcM объеме жидкости, находящейся при температуре насыщения или несколько перегретой относительно температуры насыщения, с образованием паровых пузырей. Процессы кипения имеют

Fr=WO

г==-

-0,1

0,01

о.и,

1- г

1DO0I

Рис. 12-16. Влияние инерционных сил и конвективного переноса тепла на теплоотдачу ламинарно текущей пленки кон-ц.енсата.



большое практическое применение в теплоэнергетике, химической технологии, атомной энергетике и ряде других областей современной техники.

1( Кипение возможно во всем температурном интервале между тройной и критическими точками для данного вещества. В процессе фазового превращения поглощается теплота парообразования. Процесс кипения обычно связан с подводом теплоты к кипящей жидкости.

Различают кипение жидкости на твердой поверхности теплообмена, к которой извне подводится теплота, и кипение в объеме жидкости.

При кипении на твердой поверхности образование паровой фазы наблюдается в отдельных местах этой поверхности. При объемном кипении паровая фаза возникает самопроизвольно (спонтанно) непосредственно в объеме жидкости в виде отдельных пузырьков пара. Объем-I ное кипение может происходить лишь при более значительном перегреве Жидкой фазы относительно температуры насыщения при данном давлении, чем кипение на твердой поверхности. Значительный перегрев может быть получен, например, при быстром сбросе давления в системе. Объемное кипение может иметь место при наличии в жидкости внутренних источников тепла.

В современной энергетике и технике обычно встречаются процессы кипения на твердых поверхностях нагрева (поверхности труб, стенки каналов и т. п.). Этот вид кипенпя в основном и рассматривается далее.

Механизм теплообмена при пузырьковом кипении отличается от механизма теплоотдачи при конвекции однофазнэй жидкости наличием дополнительного переноса массы вещества и теплоты паровыми пузырями из пограничтюго слоя в объем кипящей жидкости.

Это приводит к высокой интенсивности теплоотдачи при кипенит: по сравнению с конвекцией однофазной жидкости. I Для возникновения процесса кипения иеобходимо выполнение двух [ словий: наличие перегрева жидкости относительно температуры насыщения и наличие центров парообразования.

Перегрев жидкости имеет максимальную величину непосредственно у обогреваемой поверхности теплообмена. На ней же находятся центры парообразования в виде отдельных неровностей стенки, пузырьков воздуха, пылинок и др. Поэтому образование пузырьков пара происходит непосредственно на поверхности теплообмена.

Различают два основных режима кипения: пузырьковый и пленочный. Кипение, при котором пар образуется в виде отдельных периодически зарождающихся, растущих и отрывающихся паровых пузы-рей, называется пузырьковым. С увеличением теплового потока до некоторой величины отдельные паровые пузырьки сливаются, образуя у поверхности теплообмена сплошной паровой слой, периодически прорывающийся в объем жидкости. Режим кипения, который характеризуется наличием на поверхности пленки пара, обволакивающей эту поверхность и отделяющей ее от жидкости, назыв.тется пленочным кипением [Л. 180].

Интенсивность теплоотдачи при пленочном кипении значительно меньше, чем при пузырьковом.

Ниже будут рассмотрены механизмы теплообмена при пузырьковом и пленочном режимах кипения.

Б. Минимальный радиус пузырька

Процесс парообразования можно разбить на отдельные стадии. К первоначальной стадии относится зарождение пузырьков в некоторых



центрах на поверхности нагрева. Затем происходит их рост и отрыв от этих центров. К завершающей стадии относится движение пузырьков в объеме перегретой жидкости. Достигнув поверхности жчдкости, паровые пузырьки лопаются. После этого образуются новые пузырьки и процесс повторяется вновь. Минимальный размер парового пузырька в мо.мент зарождения называется крптически.м радиусом {Rk)-Он соответствует размеру неровностей на поверхности теплообмена (центров парообразования). При наличии центров паровые пузырьки возникают при незначительных перегревах жидкости относительно температуры насыщения. При на.тичии малого количества центров кипение жидкости имеет место прн значительных ее перегревах. Критический радиус определяется из условий термодинамического равновесия фаз.

Для возникновения парового пузырька и существования его в дальнейшем необходимо, чтобы сила давления пара внутри него была не меньше суммы всех внешних сил, действующих на паровой пузырек. В момент образования пузырька на него действуют две основные силы: сила давления р окружающей его жидкости и сила поверхиостного натяжения иа поверхности пузырька. Условие равновесия сил для парового пузырька сферической формы определяется уравнением Лапласа:

ДР=Р.-Р = -. (13-1)

При избыточном давлении ApidlRn паровой пузырек может существовать и развиваться; при ApialRn он сконденсируется.

Образование пузырька с критическим радиусом R возможно лишь в том случае, если окружающая пузырек жидкость будет перегрета, т. е. если ее температура будет превышать температуру насыщения Гн (при давлении в жидкости р) на некоторую величину М=Т,к-Уд. Температура пара 7"п,к в пузырьке с критическим радиусом должна равняться температуре окружающих слоев жидкости Т- Поэтому температура 7,к=7"п,к может быть найдена приблнл(енно (если не учитывать малой поправки, связанной с влиянием кривизны межфазной поверхности на давление насыщения) как температура насыщения, соответствующая давлению пара внутри пузырька pi-p + hp. Отсюда следует, что связь между перепадом давления Др и необходимым пере-гревошжидкости ht определяется формулой

/ Др=А -р=рД< + .р"Д+ ... = рД<.

Если учесть зависимость давления от кривизны поверхности раздела фаз, то Ap=pAt~.

Величина р есть производная от давления по температуре на линии насыщения, определяемая согласно закону Клапейрона - Клаузиу-са уравнением

Следовательно,

Ар = -. (13-2)



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


0.011