65.Кризис кипения в сосуде - механизм явления, интенсивность теплообмена

Кризисами теплоотдачи при кипении называются процессы, связанные с коренным изменением механизма теплоотдачи. Они наблюдаются в начале перехода пузырькового кипения в пленочное или в начале обратного перехода от пленочного кипения к пузырьковому. Во многих теплообменных устройствах современной энергетики и ракетной техники поток теплоты, который должен отводиться от поверхности нагрева, является фиксированным и часто практически не зависит от температурного режима теплоотдающей поверхности. Так, теплоподвод к внешней поверхности экранных труб, расположенных в топке котельного агрегата, определяется в основном за счет излучения из топочного пространства. Падающий лучистый поток практически не зависит от температуры поверхности труб, пока она существенно ниже температуры раскаленных продуктов сгорания в топке. Аналогичное положение имеет место в каналах ракетных двигателей, внутри тепловыделяющих элементов (твэлов) активной зоны атомного реактора, где происходит непрерывное выделение тепла вследствие ядерной реакции. Поэтому тепловой поток на поверхности твэлов также является заданным. Он является заданным и в случае выделения теплоты при протекании через тело электрического тока. Переход от пузырькового к пленочному режиму кипения носит черты кризисного явления, так как в момент смены режимов кипения наблюдаются внезапное резкое снижение интенсивности теплоотдачи и соответствующее увеличение температуры теплоотдающей поверхности. Повышение температуры поверхности в ряде случаев так велико, что кризис кипения сопровождается разрушением (расплавлением или пережогом) поверхности теплообмена.

66.Критериальные зависимости для описания теплоотдачи при кипении

Введем понятие скорости парообразования по следующему правилу(3.13):

и построим критерий Рейнольдса для процесса теплообмена при кипении в виде

. (3.14)

В формулах (3.13), (3.14) имеем: - плотность теплового потока в обогреваемую поверхность; и - плотность пара и кинематическая вязкость кипящей жидкости при температуре насыщения .

Возникает проблема определения характерного размера для описания теплоотдачи при кипении.

формула для расчета отрывного радиуса парового пузырька

. (3.19)

Отбрасывая в правой части формулы (3.19) цифровые значения, получают формулу для определения характерного размера при кипении жидкости в сосуде в виде

. (3.20)

В расчетные формулы вводится и безразмерный комплекс, учитывающий влияние давления на теплообмен при кипении в виде критерия

. (3.21)

Обработка опытных данных, проведенная многочисленными исследователями, позволяет рекомендовать критериальную зависимость акад. С. С. Кутателадзе для описания теплоотдачи при кипении жидкости в сосуде

, (3.22)

где - число Нуссельта; и Рr - коэффициент теплопроводности и критерий Прандтля для кипящей жидкости.

Все теплофизические свойства, необходимые для проведения расчетов по теплоотдаче при кипении жидкости, выбираются по температуре насыщения .