67.Кризис кипения движущейся жидкости – механизм явления и интенсивность кипения

В трубах котлов ГРЭС, ТЭС, ТЭЦ и в тепловыделяющих элементах АЭС движется жидкость, обогреваемая снаружи продуктами сгорания или теплом, выделяющимся при ядерном распаде. В этом случае мы имеем теплообмен при кипении движущейся жидкости (теплообмен в парогенерирующих трубах).

Технически все выглядит следующим образом: жидкость насосом под давлением подается принудительно и, двигаясь в трубе, воспринимает тепло от внутренней поверхности труб на начальном участке только механизмом конвекции (участок АА-ББ на рис. 3.6). Начиная с сечения Б-Б, в котором температура обогреваемой поверхности трубы становится выше температуры кипения жидкости (), на ней образуются паровые пузырьки, которые смываются потоком жидкости к центру трубы (к ядру течения) и захлопываются, так как жидкость в ядре еще не нагрелась до температуры насыщения, соответствующей статическому давлению в этом сечении (участок ББ-ВВ на рис.3.6). Участок трубы между сечениями АА-ВВ, на котором температура потока возрастает до , называется экономайзерной зоной.

От сечения ВВ до сечения ГГ происходит теплообмен при развитом пузырьковом кипении движущейся жидкости: паровые пузырьки, поступающие в поток, не захлопываются, а объединяются, создавая паровые пробки (паровые «снаряды») в ядре течения, так что имеет место теплообмен при эмульсионном режиме течения смеси жидкости и пара.

На участке ГГ-ДД происходит теплообмен при дисперсно-кольцевом течении, когда жидкость кипит в пристенном кольцевом слое, а в центральной части движется пар с взвешенными каплями жидкости.

Участку ДД-ЕЕ соответствует зона подсушивания влажного пара. В сечении Д-Д наступает кризис кипения второго рода, которому соответствует резкое ухудшение теплоотдачи из-за высыхания жидкой пленки на обогреваемой поверхности. На участке ЕЕ-ЖЖ тепло передается движущемуся пару.

При протекании процесса теплообмена в области высоких температур кризис кипения второго рода может привести к разрушению парового котла.

Коэффициент теплоотдачи при движении двухфазной среды в парогенерирующих трубах складывается из двух частей: из конвективной составляющей и составляющей , связанной с процессом кипения.

, (3.23)

где значения и рассчитываются для условий вынужденного движения в трубе и кипения жидкости в сосуде (в большом объеме) соответственно.

На нем обозначены: и - скорость парообразования и скорость вынужденного движения потока соответственно.

основании многочисленных экспериментальных данных рекомендуются следующие зависимости для описания теплоотдачи при кипении движущейся жидкости:

• при полагают, что выполняется равенство ;

• при принимают, что ;

• при расчеты теплообмена ведут по формул

(3.24)

68.Теплообмен при конденсации паров

Этот процесс повсеместно встречается в природе и технике. Так, например, пар, «отработавший» на турбине ТЭС, ТЭЦ, АЭС, конденсируется на наружной поверхности трубок, внутри которых течет охлаждающая вода. В нефтехимии пары углеводородов, образующихся при кипении нефти, направляются в конденсаторы и при этом получают бензины, керосины и другие нефтепродукты. В холодильных установках пары холодильных агентов, сжатые в компрессоре, направляются внутрь конденсатора, и там, отдавая тепло охладителю, конденсируются и т. д.

Различают капельную и пленочную конденсацию.

При капельной конденсации на холодной поверхности твердого тела процесс идет лишь в отдельных точках, в которых образуются капли жидкости-конденсата. Эти капли постепенно увеличиваются в размере и стекают вниз под действием силы тяжести. Так происходит в том случае, когда жидкость (конденсат) не смачивает поверхность, на которой она образуется. Такая несмачиваемость поверхности жидкостью может быть вызвана свойствами жидкости и материала тела, а также состоянием его поверхности: ее замасленностью, окисленностью и т. д.

Хорошо изучен процесс пленочной конденсации, когда конденсат образуется в каждой точке на холодной поверхности твердого тела.