Картина процесса в вертикальной трубе

По длине трубы можно выделить три области (рис. …):

I. Область подогрева до температуры насыщения – так называемый экономайзерный участок. На его границе температура стенки доходит до температуры насыщения .

II. Область кипения (испарительный участок).

III. Область подсыхания влажного пара.

Состояние жидкости в этих областях меняется следующим образом (рис. …):

1) В области подогрева – однородная жидкость.

2) В самом начале области II имеет место поверхностное кипение (кипение с недогревом), когда при нагретой стенке ( ) температура жидкости в основном объёме ещё меньше температуры насыщения ( ), так что пузырьки пара могут существовать только в тонком слое у стенки.

3) Далее следует эмульсионный режим с равномерно распределёнными в жидкости мелкими пузырьками пара.

4) Пробковый режим – некоторые пузырьки сливаются, образуя пузыри–пробки, соизмеримые по размеру с диаметром трубы, с прослойками эмульсии между ними.

5) С разрушением прослоек между пузырями пробковый режим переходит в стержневой режим – в ядре потока влажный пар, у стенки – тонкий слой эмульсии.

6) Когда этот слой эмульсии на стенке испаряется, область кипения заканчивается, начинается область подсыхания влажного пара.

Особенности картины кипения в горизонтальных трубах

Особенности относятся к испарительному участку.

В начале эмульсионного режима, при небольшом паросодержании и, соответственно, скорости движения, происходит расслоение потока – в верхней части сечения движется пар, ниже находится эмульсия (рис. …а).

Далее с увеличением скорости на поверхности эмульсии появляются крупные волны – движение приобретает волновой характер (рис. …б).

Следующие затем пробковый и кольцевой (стержневой) режимы аналогичны случаю вертикальной трубы, но здесь распределение пара и эмульсии по сечению несимметрично – слой эмульсии тоньше у верхней стенки и толще у нижней (рис. …в).

Расчёт теплоотдачи при вынужденном движении с кипаением

Рассматриваемый процесс сложный и провести точный расчёт трудно. При построении приближённого решения можно учитывать, что возможны три случая:

а) Плотность подводимого теплового потока невелика, интенсивность кипения относительно невысокая, и теплоотдача определяется движением жидкости.

б) Значение очень велико, движение влияет мало, теплообмен определяется кипением.

в) Промежуточный случай, существенны оба фактора.

Считается, что на это можно опираться при расчёте следующим образом.

Пусть – искомый коэффициент теплоотдачи жидкости, движущейся со скоростью с кипением. Основные шаги расчёта следующие:

1. Вычисляют:

– коэффициент теплоотдачи однородной жидкости (без учёта кипения) при скорости (по обычному уравнению подобия вида ) и

– при развитом пузырьковом кипении в большом объёме без вынужденного движения (для воды обсуждалось выше).

2. Находят отношение .

3. Считают, что:

при имеет место случай а) и можно принять ;

при – случай б) и можно принять ;

при – промежуточный случай в), вычисляют по простейшей формуле , осуществляющей непрерывный переход от случая а) к случаю б) .

Контрольные вопросы

1. Совпадает ли температура кипящей жидкости с температурой насыщения? Если нет, то каким может быть отличие? Почему?

2. Перечислите основные режимы кипения.

3. Что такое "кризисы кипения"?

4. Дайте сопоставление пузырькового и плёночного режима кипения. При каких условиях будет тот или иной режим?

5. В чём особенность кипения несмачивающих поверхность жидкостей?

6. Что такое "поверхностное кипение", "кипение с недогревом"?

7. Как рассчитать количество образующегося при кипении пара по количеству подводимой теплоты?

8. Опишите картину кипения при вынужденном движении жидкости внутри трубы.

9. Приведите примеры использования кипения в технике.