41. Алмасу тәртібіндегі жылуалмасу

Каналдарда алмасу тәртібі Re=2∙10³-10⁴ аралығында байқалады. Бұл ағыс тәртібінде жылуалмасу өте көп шамаларға байланысты болады да, оны белгілі бір ұқсастық теңдеуімен есептеу мүмкін емес.

Re өскен сайын жылуалмасу күрт артады, сонымен бірге жылу беруге Грасгоф санымен сипатталатын еркін конвекция да маңызды әсер етеді. Грасгоф саны өскен сайын К₀ комплексі артады, демек жылуалмасу коэффициенті да артады. Турбуленттік ағысқа көшкенде барлық қисық сызықтар бір сызыққа қосылады.

Жылуберу коэффициенті мынадай жуық ұқсастық теңдеуімен табылады:

K₀ =Nu_cd=Pr^-0.43(Pr_c/Pr₆)^-0.25 (14.26)

42. Сұйықтың еркін қозғалысындағы жылуалмасу

Сұйықтың еркін қозғалысы немесе еркін ағындағы конвективті жылуалмасу сұйықты қыздырғаннан кейінгі тығыздықтың өзгеруінен пайда болады. Мысалы пештерде, құбырларда, жылыту батареясында, суыткыштарда, қыздыру бетінің маңында еркін қозғалыс орын алады. Егер дененің температурасы қоршаған ортадан үлкен болса, онда қабырғаға жақын жатқан сұйық кабаттары қыздырылып, тығыздығы кемиді де көтеру күшінің көмегімен жоғары қарай қозғалады, ал олардың қоршаған ортадан ағып келетін суық қабаттар басады.

Сұйықтың еркін козғалысы ламинарлы немесе турбулентті болуы мүмкін. Ол негізінен температуралық тегеурінге байланысты болады:

_k- _c Мүнда _k - қабырғаның температурасы; _c - сұйықтың температурасы; ның аз мәндерінде ламинарлы қозғалыс болып, ал оның мәні өскен сайын турбуленттік қозғалыска ауысады.

Тік орналасқан қабырға бойымен ламинарлы қозғалыстың сұйықтың орташа жылуалмасу коэффициентін табу үшін келесі формуланы қолдануға болады:

t_k =const болғанда Nu_t=0.63 (Gr_t Pr_t )^0.25 (14.39)

q_k =const болғанда Nu_t=0.75 (Gr_ct Pr_t )^0.25(Pr_c /Pr₆)^0.25 (14.40)

Егер Gr_ct Pr_c >6∙10¹⁰ болса, онда турбулентгі тәртіп орнығып, жылуалмасу коэфициенті келесі формуламен табылады:

Nu_cl=0,15 (Gr_cl Pr_c )^0,33(Pr_c /Pr₆)^0.25 (14.41)

10⁹< Gr_cl Pr_c <6∙10¹⁰ аралығындағы сұйықтың алмасу тәртібіндегі қозғалысы байқалады. Бұл тәртіпте жылуалмасу процесінің тұрақсыздығы байқалады. Тік қабырға маңындағы сұйықтықтың еркін қозғалысының көрінісі және жылуалмасу коэффицинтінің өзгеруі көрсетілген.

Көлденең құбырлар үшін 10³< Gr_ct Pr_c <10⁸ И.М.Михеева формуласын ұсынуға болады:

Nu_ed=0. 5 (Gr_ct Pr_t )^0.23(Pr_c /Pr₆)^0.25 (14.42)

Бұл формулада аныктауыш температура ретінде құбырдан қашықтағы сұйық температурасы, анықтауыш өлшем ретінде - құбырдың диаметрі қабылданған.

Сұйықтың шектелген кеңістіктегі еркін қозғалысындағы жылуалмасу процесі өте күрделі болып, басқа заңдылықтармен анықталады.

43. Сұйықтың қайнау кезіндегі жылуалмасу

Қайнау деп канығу температурасынан жоғары қыздырылған сұйық ішіндегі сұйық және булы фазаларды бөліп тұратын жаңа еркін беттердің пайда болуымен сипатталатын бу түзілу процесін айтады.

Қайнау кезінде бу көпіршіктері пайда болады. Қайнауды жылу беретін қатты бет үстінде және жыл көлеміндегі болатын қайнаулар деп екіге бөледі. Негізінен біз қатты бет үстіндегі қайнауды қарастырамыз.

Қанығу температурасынан t_қи үлкен температурадағы қыздыру бетінен (t₆) жылу сұйықтың шекаралық үлпегіне, ал одан ары бу түзілетін сұйық массасына беріледі. Шекаралық үлпектегі температуралық айырма

. Жылу ағынының тығыздығы q артқан сайын арта түседі.

Егер сұйық толық қыздырылмаған болса, онда көпіршіктер сұйық ішінде бірден сұйылып араласады да, бұл мезгілдс тек шекаралық үлпекте ғана жылуалмасу процесі жүреді. Сондыктан ол тәртіп беттік (немесе конвективті) қайнау дет аталады.

Температуралык, тегеурін артқан сайын бу түзілу орталықтары күрт өскеңдіктен, олар бір-бірімен қосылып біртұтас булы қабатқа айналады. Ол қабат дүркін-дүркін әр жерден жарылып, пайда болған бу кайнаған сұйыққа қосыла бастайды. Қайнаудың мұндай тәртібін қабықшалы (пленкалы) қайнау деп атайды.

Көпіршікті қайнаудан қабықшалы қайнауға алмасу кезеңіне

сәйкес келетін , α және q шамалары критикалық шамалар деп аталады.

Академик М.А.Михеев бу қысымы p=0,02-8 МПа аралығындағы судың көпіршікті қайнауында мынадай қарапайым формулалар ұсынады:

(14.43)

Мұнда - температуралық тегеурін, К; р- будың абсолюттік қысымы МПа; q – жылу ағынының беттік тығыздығы, Вт/м².