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)
.
Теплоотдача при конденсации
Конденсацией называется процесс перехода пара (газа) в жидкое или твёрдое состояние (переход в твёрдое состояние – десублимация – здесь рассматриваться не будет).
Конденсация имеет место во многих теплообменных аппаратах (например, в мазутоподогревателях на ТЭС), в опреснительных установках, технологических аппаратах (перегонные аппараты). Важнейшее применение на ТЭС – конденсаторы паровых турбин. В них конденсация происходит на охлаждаемых водой трубах. Для повышения КПД термодинамического цикла ТЭС важно снижать температуру конденсации (за счёт понижения давления), и обычно она близка к температуре охлаждающей воды (до 25÷30°С).
Конденсация – процесс, в определённом смысле обратный к кипению. Но здесь важнее проблемы повышения теплоотдачи, чтобы при малых температурных напорах обеспечить высокий отбор теплоты.